JP7434858B2 - Flame holding device and engine - Google Patents
Flame holding device and engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP7434858B2 JP7434858B2 JP2019219463A JP2019219463A JP7434858B2 JP 7434858 B2 JP7434858 B2 JP 7434858B2 JP 2019219463 A JP2019219463 A JP 2019219463A JP 2019219463 A JP2019219463 A JP 2019219463A JP 7434858 B2 JP7434858 B2 JP 7434858B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- flame
- fuel
- fuel injection
- stabilizing device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Nozzles (AREA)
- Spray Control Apparatus (AREA)
Description
本発明は、保炎装置及びエンジンに関する。 The present invention relates to a flame holding device and an engine.
下記特許文献1には、ターボファンエンジンのアフターバーナが開示されている。このアフターバーナは、保炎器(保炎板)を設けることにより、アフターバーナにおける火炎の吹き消えを抑制している。この保炎器(保炎板)は、燃料噴射ノズルの下流側に設けられた「くの字」状の耐熱合金製部材であり、前段のタービンから供給される高速の排気ガス中に局所的な低速領域を形成し、この低速領域において火炎を保持(保炎)するものである。なお、ターボファンエンジンでは、アフターバーナだけではなく、主燃焼器にも保炎器(保炎板)が設けられており、前段のコンプレッサから供給される圧縮空気による火炎の吹き消えを抑制している。 Patent Document 1 listed below discloses an afterburner for a turbofan engine. This afterburner is provided with a flame stabilizer (flame holding plate) to suppress the flame from blowing out in the afterburner. This flame stabilizer (flame stabilizer plate) is a dogleg-shaped heat-resistant alloy member installed on the downstream side of the fuel injection nozzle. It forms a low speed region and holds the flame (flame holding) in this low speed region. In addition, in turbofan engines, a flame stabilizer (flame holding plate) is installed not only in the afterburner but also in the main combustor, which prevents the flame from blowing out due to the compressed air supplied from the compressor in the previous stage. There is.
ところで、上記背景技術における保炎器(保炎板)は、燃焼ガスの流れに対して抵抗として作用するものであり、保炎性能の副産物として燃焼ガスの流速を低減させ得るものである。すなわち、従来の保炎器(保炎板)は、保炎機能の代償としてアフターバーナや主燃焼器の本来的機能を阻害するものである。 By the way, the flame stabilizer (flame stabilizer plate) in the above-mentioned background art acts as a resistance to the flow of combustion gas, and can reduce the flow velocity of combustion gas as a byproduct of flame stabilization performance. That is, the conventional flame stabilizer (flame stabilizer plate) obstructs the original functions of the afterburner and the main combustor in exchange for the flame stabilizing function.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃焼ガスの流速低減作用を従来よりも緩和することが可能な保炎装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is an object of the present invention to provide a flame stabilizing device that can reduce the effect of reducing the flow velocity of combustion gas more than ever before.
上記目的を達成するために、本発明では、保炎装置に係る第1の解決手段として、燃焼場に形成された火炎にレーザ光を照射するレーザ照射器を備え、当該レーザ照射器は、前記レーザ光を前記火炎に集光させる集光光学系を備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention is provided with a laser irradiator that irradiates a flame formed in a combustion field with a laser beam as a first solution related to a flame stabilizing device, and the laser irradiator is configured to A method is adopted in which a condensing optical system is provided to condense the laser beam onto the flame.
本発明では、保炎装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記火炎が前記燃焼場の複数ヶ所に形成される場合、前記レーザ照射器は、複数ヶ所の前記火炎に前記レーザ光をそれぞれ照射する、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution related to a flame stabilizing device, in the first solution, when the flame is formed at a plurality of locations in the combustion field, the laser irradiator A method is adopted in which the laser beam is irradiated to each of the areas.
本発明では、保炎装置に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記集光光学系は、複数ヶ所の前記火炎毎に設けられる、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solving means related to a flame stabilizing device, a means is adopted in which the condensing optical system is provided for each of the plurality of flames in the second solving means.
本発明では、保炎装置に係る第4の解決手段として、上記第1~第3のいずれかの解決手段において、前記レーザ光は、所定の時間間隔で繰り返すレーザパルスである、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solution related to the flame stabilizing device, a method is adopted in any of the first to third solutions, wherein the laser light is a laser pulse that repeats at a predetermined time interval. do.
本発明では、保炎装置に係る第5の解決手段として、上記第1~第4のいずれかの解決手段において、前記レーザ照射器は、物体の表面にレーザ光を集光させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solution related to a flame stabilizing device, in any one of the first to fourth solutions, the laser irradiator focuses the laser beam on the surface of the object. adopt.
本発明では、保炎装置に係る第6の解決手段として、上記第1~第5のいずれかの解決手段において、前記燃焼場はターボファンエンジンの燃焼器である、という手段を採用する。 In the present invention, as a sixth solving means related to a flame stabilizing device, a means is adopted in which the combustion field is a combustor of a turbofan engine in any one of the first to fifth solving means.
本発明では、保炎装置に係る第7の解決手段として、上記第1~第5のいずれかの解決手段において、前記燃焼場はターボファンエンジンの再熱器である、という手段を採用する。 In the present invention, as a seventh solving means related to a flame stabilizing device, a means is adopted in which the combustion field is a reheater of a turbofan engine in any one of the first to fifth solving means.
本発明では、エンジンに係る解決手段として、第1~第7のいずれかの解決手段に係る保炎装置を備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a solving means related to the engine, a means of providing a flame holding device according to any one of the first to seventh solving means is adopted.
本発明によれば、燃焼ガスの流速低減作用を従来よりも緩和することが可能なレーザ保炎装置を提供することが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a laser flame stabilizing device that can reduce the flow velocity reduction effect of combustion gas more than ever before.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に図1及び図2を参照して、本実施形態に係るターボファンエンジンA及び保炎装置B、Cの構成について説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, with reference to FIGS. 1 and 2, the configurations of the turbofan engine A and flame stabilizing devices B and C according to this embodiment will be described.
このターボファンエンジンAは、軸Lを中心とする略回転対称形状を有しており、ケーシング1、ファン2、低圧圧縮機3、高圧圧縮機4、燃焼器5、高圧タービン6、低圧タービン7、シャフト8、再熱器9(アフターバーナ)、排気ノズル10及びライナ11を備えている。
This turbofan engine A has a substantially rotationally symmetrical shape around an axis L, and includes a casing 1, a
ケーシング1は、ファン2、低圧圧縮機3、高圧圧縮機4、燃焼器5、高圧タービン6、低圧タービン7、シャフト8及び再熱器9を収容する円筒部材である。このケーシング1は、前側の開口が内部に空気を取り込むためのインテーク1aであり、後側に排気ノズル10が設けられている。
The casing 1 is a cylindrical member that houses a
このようなケーシング1は、内部にケーシング1の半径方向内側に設けられる流路であるコア流路1bと、半径方向外側に設けられる流路であるバイパス流路1cとが形成されている。コア流路1b及びバイパス流路1cは、図1に示すように、ファン2の下流側においてケーシング1の内部が半径方向に区画されることにより設けられている。
Such a casing 1 has a
コア流路1bは、燃焼器5に空気を案内すると共に燃焼器5から排出される燃焼ガスを高圧タービン6及び低圧タービン7を介して再熱器9に向けて案内する流路である。バイパス流路1cは、ファン2から圧送される空気を、低圧圧縮機3、高圧圧縮機4、燃焼器5、高圧タービン6及び低圧タービン7をバイパスして再熱器9に向けて案内する流路である。
The
ファン2は、ケーシング1の内部における最も上流側に配置されている。このファン2は、シャフト8の後述する低圧軸8aに固定される動翼からなる動翼列と、ケーシング1に固定される静翼からなる静翼例が複数段に交互に配列されてなる。このようなファン2は、シャフト8の回転に伴って動翼が回転され、インテーク1aから取り込まれた空気を下流側に圧送する。
The
低圧圧縮機3は、コア流路1bにおいて最も上流側に配置されている。この低圧圧縮機3は、シャフト8の低圧軸8aに固定される動翼からなる動翼列と、ケーシング1に固定される静翼からなる静翼列が複数段に交互に配列されてなる。このような低圧圧縮機3は、シャフト8の回転に伴って動翼が回転され、コア流路1bに取り込まれた空気を静翼で整流しつつ動翼で圧縮する。
The low pressure compressor 3 is arranged at the most upstream side in the
高圧圧縮機4は、コア流路1bにおいて低圧圧縮機3の下流に配置されている。この高圧圧縮機4は、シャフト8の後述する高圧軸8bに固定される動翼からなる動翼列と、ケーシング1に固定される静翼からなる静翼列が複数段に交互に配列されてなる。このような高圧圧縮機4は、シャフト8の回転に伴って動翼が回転され、低圧圧縮機3で圧縮された空気を静翼で整流しつつ動翼でさらに圧縮する。
The
燃焼器5は、コア流路1bにおいて高圧圧縮機4の下流に配置されている。この燃焼器5は、不図示の燃料ノズル及び着火装置を備えており、高圧圧縮機4で生成された圧縮空気と燃料とからなる混合気を燃焼することによって燃焼ガスを生成する。
The
このような燃焼器5は、図2(a)に示すように、燃焼器ライナ5a、複数の燃料噴射ノズル5b及び複数のレーザ照射器5cを備えている。燃焼器ライナ5aは、複数の耐熱金属プレートで構成された略円環状(ドーナツ状)の容器であり、内部空間が略円環状(ドーナツ状)の燃焼場である。この燃焼器ライナ5a内には、高圧圧縮機4で生成された圧縮空気が酸化剤として流入する。なお、本実施形態で用いる「燃焼場」という用語は、燃焼現象が発生している空間という意味である。
As shown in FIG. 2(a), such a
複数の燃料噴射ノズル5bは、このような燃焼器ライナ5aの上流側に設けられており、燃焼器ライナ5a内の下流側に向けて燃料を噴射する。これら燃料噴射ノズル5bは、略円環状(ドーナツ状)の燃焼器5について、周方向に所定の角度ピッチで設けられている。なお、本実施形態では、45度の角度ピッチで8つの燃料噴射ノズル5bが設けられている。
The plurality of
ここで、各燃料噴射ノズル5bから燃焼器ライナ5a内に噴射された燃料は、上記酸化剤(圧縮空気)の存在下で燃料することにより、各々に火炎を形成する。すなわち、本実施形態では、略円環状(ドーナツ状)の燃焼器ライナ5aの内部に45度の角度ピッチで、つまり燃焼場の8ヶ所(複数ヶ所)に火炎が各々形成される。
Here, the fuel injected into the
複数のレーザ照射器5cは、集光光学系を備え、所定の時間間隔で繰り返すパルス状のレーザ光(レーザパルス)を燃料あるいは火炎に向けて集光かつ照射するものである。レーザ照射器5cは、各々にレーザ発振器と集光光学系とを備え、レーザ発振器が発生させたレーザパルスを凸レンズ等からなる集光光学系で集光させて燃料あるいは火炎に照射する。このような複数のレーザ照射器5cは、各燃料噴射ノズル5bから噴射された燃料への着火、また各火炎に対する保炎(火炎の維持)を行う。
The plurality of
これらレーザ照射器5cは、燃料噴射ノズル5bに対応して複数設けられている。すなわち、本実施形態では、略円環状(ドーナツ状)の燃焼器5について、45度の角度ピッチで8つのレーザ照射器5cが設けられている。このようなレーザ照射器5cの集合体は、本実施形態における保炎装置Bを構成している。
A plurality of these
高圧タービン6は、コア流路1bにおいて燃焼器5の下流に配置されている。この高圧タービン6は、シャフト8の高圧軸8bに固定される動翼からなる動翼列と、ケーシング1に固定される静翼からなる静翼列とが複数段に交互に配列されてなる。このような高圧タービン6は、燃焼器5で生成された燃焼ガスを静翼で整流しつつ動翼で受けることによって動翼が回転し、これによってシャフト8の高圧軸8bを回転させる。
The high-
低圧タービン7は、コア流路1bにおいて高圧タービン6の下流に配置されている。この低圧タービン7は、シャフト8の低圧軸8aに固定される動翼からなる動翼列と、ケーシング1に固定される静翼からなる静翼列とが複数段に交互に配列されてなる。このような低圧タービン7は、高圧タービン6を通過した燃焼ガスを静翼で整流しつつ動翼で受けることによって動翼が回転し、これによってシャフト8の低圧軸8aを回転させる。
The
シャフト8は、半径方向内側の低圧軸8aと、半径方向外側の高圧軸8bとを備え、これらの低圧軸8aと高圧軸8bとが個別に同軸回転可能な二重軸構造を有している。低圧軸8aには、低圧タービン7の動翼、低圧圧縮機3の動翼及びファン2の動翼が固定されている。このような低圧軸8aは、低圧タービン7の動翼が燃焼ガスを受けて回転されることによって生成される回転動力を低圧圧縮機3の動翼と及びファン2の動翼に伝達し、これらの低圧圧縮機3の動翼と及びファン2の動翼を回転させる。
The
高圧軸8bには、高圧タービン6の動翼と、高圧圧縮機4の動翼とが固定されている。このような高圧軸8bは、高圧タービン6の動翼が燃焼ガスを受けて回転されることによって生成される回転動力を高圧圧縮機4の動翼に伝達し、この高圧圧縮機4の動翼を回転させる。
The rotor blades of the high-
再熱器9は、低圧タービン7の下流に配置されている。この再熱器9は、低圧タービン7を通過した燃焼ガス、及び、バイパス流路1cを通過した空気の混合気に含まれる酸素を用いて燃料を再燃焼させることにより推力を増強させるものであり、複数の燃料噴射ノズル9a及び複数のレーザ照射器9b等を備えている。
複数の燃料噴射ノズル9aは、ケーシング1の下流側に向けて燃料を噴射する。すなわち、複数の燃料噴射ノズル9aは、低圧タービン7の排気に対して新たな燃料を供給する。これら燃料噴射ノズル9aは、略円環状のケーシング1について、周方向に所定の角度ピッチで設けられている。
The plurality of
なお、本実施形態では、45度の角度ピッチで8つの燃料噴射ノズル9aが設けられている。このような燃料噴射ノズル9aの下流側近傍領域は、燃料が燃焼する燃焼場である。すなわち、本実施形態では、再熱器9の燃焼場における8ヶ所(複数ヶ所)に火炎が各々形成される。
In this embodiment, eight
複数のレーザ照射器9bは、集光光学系を備え、所定の時間間隔で繰り返すパルス状のレーザ光(レーザパルス)を燃料あるいは火炎に向けて集光かつ照射するものである。レーザ照射器9bは、各々にレーザ発振器と集光光学系とを備え、レーザ発振器が発生させたレーザパルスを凸レンズ等からなる集光光学系で集光させて燃料あるいは火炎に照射する。このような複数のレーザ照射器9bは、各燃料噴射ノズル9aから噴射された燃料への着火、また各火炎に対する保炎(火炎の維持)を行う。
The plurality of
これらレーザ照射器9bは、燃料噴射ノズル9aに対応して複数設けられている。すなわち、本実施形態では、図2(b)に示すように、略円環状のケーシング1に対して45度の角度ピッチで8つのレーザ照射器9bが設けられている。このようなレーザ照射器9bの集合体は、本実施形態における保炎装置Cを構成している。
A plurality of these
排気ノズル10は、ケーシング1の下流側の端部に設けられており、コア流路1bから排気される燃焼ガスと、バイパス流路1cから排気される空気流とを後方に噴射する。ライナ11は、再熱器9内に設けられた円筒状の隔壁であり、バイパス流路1cから燃料が混合されずかつ圧縮されていない低温の空気が流れる流路を形成する。
The
次に、本実施形態に係るターボファンエンジンA及び保炎装置B、Cの動作について詳しく説明する。 Next, the operations of the turbofan engine A and the flame stabilizing devices B and C according to this embodiment will be described in detail.
このターボファンエンジンAでは、ファン2の駆動によってケーシング1のインテーク1aを通じて外部から空気が取り込まれ、取り込まれた空気がコア流路1bと、バイパス流路1cとに分配される。コア流路1bを流れる空気は、低圧圧縮機3及び高圧圧縮機4によって圧縮されてから燃焼器5に供給される。
In this turbofan engine A, air is taken in from the outside through the
そして、燃焼器5では、燃料が高圧圧縮機4で生成された圧縮空気を酸化剤として燃焼することによって火炎が形成され、同時に燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、コア流路1b、高圧タービン6、低圧タービン7、再熱器9の順で流れ、最終的に排気ノズル10から噴出される。
Then, in the
また、バイパス流路1cを流れる空気は、低圧圧縮機3、高圧圧縮機4、燃焼器5、高圧タービン6及び低圧タービン7をバイパスして流れ、再熱器9を経由した後に排気ノズル10から燃焼ガスと共に噴射される。このように排気ノズル10から燃焼ガス及びバイパス流路1cを流れる空気が排気ノズル10から噴出されることによって推力が得られる。
Furthermore, the air flowing through the
ここで、コア流路1bを流れる燃焼ガスが高圧タービン6を通過するときに、高圧タービン6の動翼が回転駆動されて回転動力が生成される。この回転動力がシャフト8の高圧軸8bを通じて高圧圧縮機4に伝達され、これによって高圧圧縮機4の動翼が回転する。また、コア流路1bを流れる燃焼ガスが低圧タービン7を通過するときに、低圧タービン7の動翼が回転駆動されて回転動力が生成される。
Here, when the combustion gas flowing through the
また、大きな推力が必要な場合には、再熱器9で高圧タービン6及び低圧タービン7を通過した燃焼ガスに対して燃料を供給して再燃焼させることにより、新たな燃焼ガスがケーシング1内で生成される。この新たな燃焼ガスが排気ノズル10から噴出されることによって推力の増強が図られる。
In addition, when a large thrust is required, the
本実施形態に係るターボファンエンジンAの全体的な動作は以上の通りであるが、本実施形態に係る保炎装置B、Cは、このようなターボファンエンジンAの全体的な動作に対して以下のように動作する。 Although the overall operation of the turbofan engine A according to the present embodiment is as described above, the flame stabilizing devices B and C according to the present embodiment are capable of controlling the overall operation of the turbofan engine A. It works as follows.
すなわち、燃焼器5に備えられた保炎装置Bは、ターボファンエンジンAの始動時においては燃料噴射ノズル5bから噴射される燃料に対して所定の時間間隔(パルス周期T1)のレーザパルスを照射することによって着火させる。すなわち、保炎装置Bは、各レーザ照射器5cから各燃料噴射ノズル5bから噴射された燃料にレーザパルスを各々集光させて照射することにより、燃料及び圧縮空気の一部を局所的に加熱して高温プラズマを発生させる。
That is, when the turbofan engine A is started, the flame stabilizing device B provided in the
そして、この高温プラズマによって燃料と圧縮空気とが燃焼状態となり火炎が生成される。このような高温プラズマは、燃料噴射ノズル5b毎つまりレーザ照射器5c毎に生成されるので、燃焼器5内では合計8ヶ所で燃料への着火つまり火炎の生成が行われる。
This high-temperature plasma brings the fuel and compressed air into a combustible state and generates a flame. Since such high-temperature plasma is generated for each
また、このような着火後の定常運転状態において、保炎装置Bは、各レーザ照射器5cから各燃料噴射ノズル5bの燃料にレーザパルスを各々集光させて照射することにより、火炎の保持(保炎)を行う。すなわち、保炎装置Bは、各レーザ照射器5cからレーザパルスをパルス周期T1で照射することにより、当該パルス周期T1で高温プラズマを生成させて火炎の保持(保炎)を行う。
In addition, in such a steady state of operation after ignition, the flame stabilizing device B maintains the flame ( flame holding). That is, the flame holding device B performs flame holding (flame holding) by emitting laser pulses from each
ここで、上記パルス周期T1は、ターボファンエンジンAの動作状態、燃料の性状及び/あるいは圧縮空気(酸化剤)の圧縮度等の燃焼条件を考慮することにより最適設定される。すなわち、上記パルス周期T1としては、燃焼条件をパラメータとした予備実験等により、保炎性能を最大化する時間間隔が設定される。 Here, the pulse period T1 is optimally set by considering combustion conditions such as the operating state of the turbofan engine A, the properties of the fuel, and/or the degree of compression of the compressed air (oxidizing agent). That is, the pulse period T1 is set to a time interval that maximizes flame holding performance through preliminary experiments using combustion conditions as parameters.
一方、再熱器9に備えられた保炎装置Cは、再熱器9の始動時においては燃料噴射ノズル9aから噴射される燃料に対して所定の時間間隔(パルス周期T2)のレーザパルスを照射することによって着火させる。すなわち、保炎装置Cは、各レーザ照射器9bから各燃料噴射ノズル9bから噴射された燃料にレーザパルスを各々集光させて照射することにより、燃料及び圧縮空気の一部を局所的に加熱して高温プラズマを発生させる。
On the other hand, the flame stabilizing device C provided in the
そして、この高温プラズマによって燃料と圧縮空気とが燃焼状態となり火炎が生成される。このような高温プラズマは、燃料噴射ノズル9a毎つまりレーザ照射器9b毎に生成されるので、再熱器9では合計8ヶ所で燃料への着火つまり火炎の生成が行われる。
This high-temperature plasma brings the fuel and compressed air into a combustible state and generates a flame. Since such high-temperature plasma is generated for each
また、このような着火後の定常運転状態において、保炎装置Cは、各レーザ照射器9bから各燃料噴射ノズル9aの燃料にレーザパルスを各々集光させて照射することにより、火炎の保持(保炎)を行う。すなわち、保炎装置Cは、各レーザ照射器9bからレーザパルスをパルス周期T2で照射することにより、当該パルス周期T2で高温プラズマを生成させて火炎の保持(保炎)を行う。
In addition, in such a steady state of operation after ignition, the flame stabilizing device C maintains the flame ( flame holding). That is, the flame holding device C irradiates laser pulses from each
ここで、上記パルス周期T2は、上述した保炎装置Bにおけるパルス周期T1と同様に、ターボファンエンジンAの動作状態、燃料の性状及び/あるいは圧縮空気(酸化剤)の圧縮度等の燃焼条件を考慮することにより最適設定される。すなわち、パルス周期T2については、再熱器9における燃焼条件をパラメータとした予備実験等により、再熱器9における保炎性能を最大化するように設定される。
Here, the pulse period T2 is similar to the pulse period T1 in the flame stabilizing device B described above, and is determined by combustion conditions such as the operating state of the turbofan engine A, the properties of the fuel, and/or the compression degree of the compressed air (oxidizing agent). The optimum setting is made by considering the following. That is, the pulse period T2 is set so as to maximize the flame holding performance in the
本実施形態によれば、保炎装置B、Cがレーザ光を用いて保炎を行うものなので、つまり保炎装置B、CがターボファンエンジンAで生成される燃焼ガスに対して減速作用を及ぼすものではないので、燃焼ガスの流速低減作用を従来よりも緩和することが可能である。 According to this embodiment, the flame stabilizing devices B and C perform flame stabilization using laser light, so that the flame stabilizing devices B and C exert a deceleration effect on the combustion gas generated by the turbofan engine A. Therefore, it is possible to reduce the effect of reducing the flow velocity of combustion gas more than before.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、燃料と圧縮空気とが存在する気中にレーザパルスを集光させたが、本発明はこれに限定されない。例えば所定のターゲット(物体)にレーザパルスを集光させてもよい。すなわち、本実施形態の第1変形例に係るターボファンエンジンA1は、図3に示すように、上述した燃焼器5に代えて燃焼器5Aを備え、また上述した再熱器9に代えて再熱器9Aを備える。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the laser pulse is focused in the atmosphere where fuel and compressed air are present, but the present invention is not limited to this. For example, a laser pulse may be focused on a predetermined target (object). That is, as shown in FIG. 3, the turbofan engine A1 according to the first modification of the present embodiment includes a
燃焼器5Aは、上述したレーザ照射器5cに代えてレーザ照射器5dを備えるものである。このレーザ照射器5dは、燃料噴射ノズル5bの先端部を上記ターゲットとしてレーザパルスを集光させて照射する。このようなレーザ照射器5dを備える保炎装置B1は、ターゲット(物体)の表面に高温プラズマが発生するので、上述した保炎装置Bよりも保炎性能の向上が見込まれる。
The
再熱器9Aは、新たな構成要素として突起物9cを備え、また上述したレーザ照射器9bに代えてレーザ照射器9dを備える。突起物9cは、燃料噴射ノズル9aの下流側に位置し、ケーシング1の内面から中心に向けて所定高さまで突出する部位である。このような突起物9cは、燃料噴射ノズル9a毎に設けられており、燃料噴射ノズル9aから噴射された燃料に曝されている
The
レーザ照射器9dは、このような突起物9cをターゲットとしてレーザパルスを集光させて照射する。このようなレーザ照射器9dを備える保炎装置C1は、ターゲット(物体)である突起物9cの表面に高温プラズマが発生するので、上述した保炎装置Bよりも保炎性能の向上が見込まれる。
The
(2)上記実施形態では、燃焼器5における各燃料噴射ノズル5b及び再熱器9における各燃料噴射ノズル9aについて、燃料と圧縮空気とが存在する気中の1ヶ所(1点)にのみレーザパルスを集光させたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、レーザパルスを複数ヶ所に集光させてもよい。例えば、本実施形態の第2変形例に係るターボファンエンジンA2は、図4に示すように、上述した燃焼器5に代えて燃焼器5Bを備え、また上述した再熱器9に代えて再熱器9Bを備える。
(2) In the above embodiment, for each
燃焼器5Bは、上述したレーザ照射器5cに代えて2つのレーザ照射器5e、5fを備えるものである。一方のレーザ照射器5eは、燃料と圧縮空気とが存在する気中において燃料噴射ノズル5bにより近い位置にレーザパルスを集光させて照射する。他方のレーザ照射器5fは、燃料と圧縮空気とが存在する気中において燃料噴射ノズル5bにより遠い位置にレーザパルスを集光させて照射する。
The
このような2つのレーザ照射器5e、5fを備える保炎装置B2は、各々の燃料噴射ノズル5bから噴射される燃料について2箇所にレーザパルスを集光させて照射するので、2箇所に高温プラズマが発生させることが可能である。したがって、この保炎装置B2によれば、上述した保炎装置Bよりも保炎性能の向上が見込まれる。
The flame stabilizing device B2 including such two
再熱器9Bは、上述したレーザ照射器9bに代えて2つのレーザ照射器9e、9fを備えるものである。一方のレーザ照射器9eは、燃料と圧縮空気とが存在する気中において燃料噴射ノズル9aにより近い位置にレーザパルスを集光させて照射する。他方のレーザ照射器9fは、燃料と圧縮空気とが存在する気中において燃料噴射ノズル9aにより遠い位置にレーザパルスを集光させて照射する。
The
このような2つのレーザ照射器9e、9fを備える保炎装置C2によれば、各々の燃料噴射ノズル9aから噴射される燃料について2箇所にレーザパルスを集光させて照射するので、2箇所に高温プラズマが発生させることが可能である。したがって、この保炎装置C2によれば、上述した保炎装置Cよりも保炎性能の向上が見込まれる。
According to the flame stabilizing device C2 including such two
(3)上記実施形態では、ターボファンエンジンAに本発明に係る保炎装置を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本願発明に係る保炎装置は、様々な形態のエンジンに適用可能である。例えば、ラムジェットエンジンやスクラムジェットエンジンに適用することが考えられる。 (3) In the above embodiment, a case has been described in which the flame stabilizing device according to the present invention is applied to the turbofan engine A, but the present invention is not limited thereto. That is, the flame stabilizing device according to the present invention is applicable to various types of engines. For example, it can be applied to ramjet engines and scramjet engines.
(4)上記実施形態では、レーザ光としてレーザパルスを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。特に着火の場合には、レーザパルスに代えて連続レーザ光を採用してもよい。 (4) In the above embodiment, a case has been described in which a laser pulse is used as the laser light, but the present invention is not limited to this. Particularly in the case of ignition, continuous laser light may be used instead of laser pulses.
A、A1、A2 ターボファンエンジン
B、B1、B2、C、C1、C2 保炎装置
1 ケーシング
1a インテーク
1b コア流路
1c バイパス流路
2 ファン
3 低圧圧縮機
4 高圧圧縮機
5 燃焼器
5a 燃焼器ライナ
5b 燃料噴射ノズル
5c~5f レーザ照射器
6 高圧タービン
7 低圧タービン
8 シャフト
8a 低圧軸
8b 高圧軸
9 再熱器
9a 燃料噴射ノズル
9b、9d~9f レーザ照射器
9c 突起物
10 排気ノズル
11 ライナ
A, A1, A2 Turbofan engine B, B1, B2, C, C1, C2 Flame holding device 1
Claims (5)
当該レーザ照射器は、前記レーザ光を所定の角度ピッチで前記再熱器に複数形成された複数ヶ所の前記火炎に集光させる複数の集光光学系を備え、
前記集光光学系は、燃料噴射ノズルにより近い位置とより遠い位置とにレーザパルスを集光させ、
前記より遠い位置における前記レーザ光の集光位置は、前記燃料噴射ノズルが前記燃焼場に噴射する燃料の噴射中心に対して、前記より近い位置における前記レーザ光の集光位置よりも遠いことを特徴とする保炎装置。 Equipped with a laser irradiator that irradiates the flame formed in the combustion field of the reheater of the turbofan engine with laser light,
The laser irradiator includes a plurality of condensing optical systems that converge the laser beam at a plurality of flames formed in the reheater at a predetermined angular pitch ,
The focusing optical system focuses the laser pulse at a position closer to the fuel injection nozzle and a position farther from the fuel injection nozzle,
The focusing position of the laser beam at the farther position is further from the injection center of the fuel injected by the fuel injection nozzle into the combustion field than the focusing position of the laser beam at the closer position. Characteristic flame holding device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019219463A JP7434858B2 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Flame holding device and engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019219463A JP7434858B2 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Flame holding device and engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021089101A JP2021089101A (en) | 2021-06-10 |
JP7434858B2 true JP7434858B2 (en) | 2024-02-21 |
Family
ID=76219955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019219463A Active JP7434858B2 (en) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Flame holding device and engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7434858B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB202219423D0 (en) * | 2022-12-21 | 2023-02-01 | Rolls Royce Plc | Staged combustor |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004263695A (en) | 2003-02-06 | 2004-09-24 | Boeing Co:The | Engine assembly, afterburner apparatus, and device for exerting propulsive force |
US20060016169A1 (en) | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Salvatore Pais | Laser augmented turbojet propulsion system |
JP2008258446A (en) | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Multi-point output laser equipment |
JP2011001952A (en) | 2009-06-22 | 2011-01-06 | General Electric Co <Ge> | Laser ignition system and method for internal combustion engine |
JP2012117535A (en) | 2010-11-30 | 2012-06-21 | General Electric Co <Ge> | Advanced optics and optical access for laser ignition system for gas turbine including aircraft engine |
US20140237989A1 (en) | 2013-02-26 | 2014-08-28 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser-ignition combustor for gas turbine engine |
JP2014231966A (en) | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Combustor and operation method of combustor |
JP2012117533A5 (en) | 2011-11-29 | 2015-01-22 | ||
JP2016511387A (en) | 2013-02-27 | 2016-04-14 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | Auxiliary laser combustion for combustion stabilization |
WO2018025294A1 (en) | 2016-08-05 | 2018-02-08 | 株式会社 東芝 | Gas turbine combustor |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4302933A (en) * | 1979-03-01 | 1981-12-01 | Smith Marvin M | Jet engine augmentor operation at high altitudes |
JPS58133482A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Toyota Motor Corp | Ignition method for internal-combustion engine |
JPS59100925U (en) * | 1982-12-24 | 1984-07-07 | トヨタ自動車株式会社 | Diesel engine ignition assist device |
US5515681A (en) * | 1993-05-26 | 1996-05-14 | Simmonds Precision Engine Systems | Commonly housed electrostatic fuel atomizer and igniter apparatus for combustors |
JPH0868374A (en) * | 1994-08-29 | 1996-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser ignition device |
US5756924A (en) * | 1995-09-28 | 1998-05-26 | The Regents Of The University Of California | Multiple laser pulse ignition method and apparatus |
US8689536B2 (en) * | 2010-11-30 | 2014-04-08 | General Electric Company | Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines |
US9548585B1 (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-17 | U.S. Department Of Energy | Multi-point laser ignition device |
-
2019
- 2019-12-04 JP JP2019219463A patent/JP7434858B2/en active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004263695A (en) | 2003-02-06 | 2004-09-24 | Boeing Co:The | Engine assembly, afterburner apparatus, and device for exerting propulsive force |
US20060016169A1 (en) | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Salvatore Pais | Laser augmented turbojet propulsion system |
JP2008258446A (en) | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Multi-point output laser equipment |
JP2011001952A (en) | 2009-06-22 | 2011-01-06 | General Electric Co <Ge> | Laser ignition system and method for internal combustion engine |
JP2012117535A (en) | 2010-11-30 | 2012-06-21 | General Electric Co <Ge> | Advanced optics and optical access for laser ignition system for gas turbine including aircraft engine |
JP2012117533A5 (en) | 2011-11-29 | 2015-01-22 | ||
US20140237989A1 (en) | 2013-02-26 | 2014-08-28 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser-ignition combustor for gas turbine engine |
JP2016511387A (en) | 2013-02-27 | 2016-04-14 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | Auxiliary laser combustion for combustion stabilization |
JP2014231966A (en) | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Combustor and operation method of combustor |
WO2018025294A1 (en) | 2016-08-05 | 2018-02-08 | 株式会社 東芝 | Gas turbine combustor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021089101A (en) | 2021-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5985613B2 (en) | Turbo engine with detonation chamber and flying vehicle equipped with turbo engine | |
US20180010795A1 (en) | Deflector for gas turbine engine combustors and method of using the same | |
EP1934529B1 (en) | Fuel nozzle having swirler-integrated radial fuel jet | |
EP2282118B1 (en) | Fuel nozzle for use in a gas turbine | |
RU2382894C2 (en) | Gas turbine engine afterburner chamber | |
JP4840639B2 (en) | Apparatus for cooling an ignition device of a turbine engine combustor | |
CN110462183B (en) | Combustion apparatus and gas turbine engine system | |
JP6086391B2 (en) | Annular cylindrical combustor with graded and tangential fuel-air nozzles for use in gas turbine engines | |
JPH07507862A (en) | Combustion chamber device and combustion method | |
KR102046457B1 (en) | Combustor and gas turbine including the same | |
JP5507139B2 (en) | Fuel nozzle central body and method of assembling the same | |
US6931858B2 (en) | Rotating pulse detonation system for a gas turbine engine | |
US12092336B2 (en) | Turbine engine assembly including a rotating detonation combustor | |
CN113357669B (en) | Fuel Injector Flow Device | |
JP4920228B2 (en) | Method and apparatus for assembling a gas turbine engine | |
US7905084B2 (en) | Rotary pressure rise combustor for a gas turbine engine | |
US20020119412A1 (en) | Multi-fueled multi-use combustion chamber | |
JP7434858B2 (en) | Flame holding device and engine | |
US8250854B2 (en) | Self-starting turbineless jet engine | |
US5069033A (en) | Radial inflow combustor | |
US6904750B2 (en) | Integral pulse detonation system for a gas turbine engine | |
EP2312126B1 (en) | Power generation system and corresponding power generating method | |
US8272221B2 (en) | Hydrogen gas generator for jet engines | |
JP5934795B2 (en) | Annular and flameless annular combustor for use in gas turbine engines | |
US11280270B2 (en) | Igniter assembly for a gas turbine combustor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220815 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230313 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230322 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230515 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230808 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231006 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240122 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7434858 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |