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JP6084108B2 - Hybrid rocket engine and its ignition method - Google Patents

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JP6084108B2 JP2013093480A JP2013093480A JP6084108B2 JP 6084108 B2 JP6084108 B2 JP 6084108B2 JP 2013093480 A JP2013093480 A JP 2013093480A JP 2013093480 A JP2013093480 A JP 2013093480A JP 6084108 B2 JP6084108 B2 JP 6084108B2
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Description

本発明は、固体燃料と液体または気体の酸化剤とを使用するハイブリッドロケットエンジンとその点火方法に関する。   The present invention relates to a hybrid rocket engine using a solid fuel and a liquid or gaseous oxidant and an ignition method thereof.

宇宙ロケットに使用される推進系のロケットエンジンには、液体燃料ロケットエンジンと固体燃料ロケットエンジンとがある。   Propulsion rocket engines used in space rockets include liquid fuel rocket engines and solid fuel rocket engines.

液体燃料ロケットエンジンは、液体燃料と液体酸化剤とを別々のタンクに貯蔵し、適宜それらを燃焼室に供給し、噴霧状態で混合して点火することにより推力を得るロケットエンジンである。   A liquid fuel rocket engine is a rocket engine that obtains thrust by storing liquid fuel and a liquid oxidant in separate tanks, supplying them appropriately to a combustion chamber, mixing them in a sprayed state, and igniting them.

固体燃料ロケットエンジンは、予め酸化剤と混練した火薬等の固体燃料を推進剤として使用するロケットエンジンである。   A solid fuel rocket engine is a rocket engine that uses a solid fuel such as an explosive previously kneaded with an oxidant as a propellant.

一方、ハイブリッドロケットエンジンとは、固体燃料(燃料グレイン)と、液体または気体の酸化剤とを用いるロケットエンジンである。ハイブリッドロケットエンジンは、流体である酸化剤の流量を調整することにより、液体燃料ロケットエンジンのように燃焼制御できる。またハイブリッドロケットエンジンは、固体燃料を用いるので、構造を簡素化できる。   On the other hand, a hybrid rocket engine is a rocket engine that uses solid fuel (fuel grain) and a liquid or gaseous oxidant. The hybrid rocket engine can control combustion like a liquid fuel rocket engine by adjusting the flow rate of the oxidant that is a fluid. Moreover, since the hybrid rocket engine uses solid fuel, the structure can be simplified.

図1は、非特許文献1に開示された従来のハイブリッドロケットエンジン100の説明図である。
非特許文献1のハイブリッドロケットエンジン100は、モータケース103の前端(図1では左端)に燃焼ガス供給装置105を備え、かつモータケース103の前端に酸化剤L0を供給して、前方から点火する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional hybrid rocket engine 100 disclosed in Non-Patent Document 1. As shown in FIG.
The hybrid rocket engine 100 of Non-Patent Document 1 includes a combustion gas supply device 105 at the front end (left end in FIG. 1) of the motor case 103, supplies an oxidant L0 to the front end of the motor case 103, and ignites from the front. .

すなわち、非特許文献1のハイブリッドロケットエンジン100は、燃焼ガス供給装置105から発生した燃焼ガスG0で燃料グレイン102を加熱し、その後酸化剤供給装置104から酸化剤L0を供給して燃料グレイン102を着火させるものである。   That is, the hybrid rocket engine 100 of Non-Patent Document 1 heats the fuel grain 102 with the combustion gas G0 generated from the combustion gas supply device 105, and then supplies the oxidant L0 from the oxidant supply device 104 to cause the fuel grain 102 to flow. It will ignite.

George Story, Tom Zoladz, Joe Arves, Darren Kearney, Terry Abel, O. Park, “Hybrid Propulsion Demonstration Program 250K Hybrid Motor”, 39th AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit Huntsville, Al 20‐23 July 2003, AIAA 2003‐5198George Story, Tom Zoladz, Joe Arves, Darren Kearney, Terry Abel, O .; Park, “Hybrid Propulsion Demonstration Program 250K Hybrid Motor”, 39th AIAA / ASME / ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit Huntsville 200, A1-20

上述した非特許文献1のハイブリッドロケットエンジン100では、燃料グレイン102が固相、酸化剤L0は液相又は気相であるため、燃料グレイン102と酸化剤L0とを反応させる前に、燃料グレイン102の表面を加熱し、その表面をガス化し得る状態にする必要がある。そのため、従来のハイブリッドロケットエンジン100は、着火が困難であり、改善が求められていた。   In the hybrid rocket engine 100 of Non-Patent Document 1 described above, since the fuel grain 102 is a solid phase and the oxidant L0 is a liquid phase or a gas phase, the fuel grain 102 is reacted before the fuel grain 102 and the oxidant L0 are reacted. It is necessary to heat the surface of the substrate so that the surface can be gasified. For this reason, the conventional hybrid rocket engine 100 is difficult to ignite and has been required to be improved.

またハイブリッドロケットエンジン100の点火は、酸化剤L0を供給してから、燃料グレイン102が着火するまでの時間(以下、本発明では「着火遅れ時間」とする。)が、短いことが理想である。
しかし、従来のハイブリッドロケットエンジン100は、燃料グレイン102のガス化がうまく進まないため、着火遅れ時間が長くなっていた。そのため、ハイブリッドロケットエンジン100が、発射直後に、十分な加速度を得られないという問題があった。
The ignition of the hybrid rocket engine 100 is ideally short from the time when the oxidant L0 is supplied until the fuel grain 102 is ignited (hereinafter referred to as “ignition delay time” in the present invention). .
However, the conventional hybrid rocket engine 100 has a long ignition delay time because the gasification of the fuel grains 102 does not proceed well. Therefore, there is a problem that the hybrid rocket engine 100 cannot obtain sufficient acceleration immediately after launch.

また点火の様式によっては、液体の酸化剤L0がガス化しないと、不安定燃焼(例えば振動燃焼)が生じることがあった。   Further, depending on the ignition mode, if the liquid oxidizer L0 is not gasified, unstable combustion (for example, vibration combustion) may occur.

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃料グレインの着火性を向上させることにより酸化剤を供給してから、燃料グレインが着火するまでの着火遅れ時間を短くでき、不安定燃焼を低減することができるハイブリッドロケットエンジンとその点火方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to improve the ignitability of the fuel grains, thereby shortening the ignition delay time from supplying the oxidizer to igniting the fuel grains and reducing unstable combustion. It is to provide an engine and its ignition method.

本発明によれば、内部に中空加熱室とこれに接する燃料グレインとを有するモータケースと、
前記中空加熱室に液体酸化剤を供給する液体酸化剤供給装置と、
前記中空加熱室に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、を備え、
前記燃焼ガスにより前記燃料グレインと前記液体酸化剤とを加熱してガス化し、前記燃料グレインを着火するハイブリッドロケットエンジンであって、
前記中空加熱室は、中空円筒形であり、
さらに、前記中空加熱室と同心にその内側に設置された中空円筒形の固体補助燃料を備える、ことを特徴とするハイブリッドロケットエンジンが提供される。
According to the present invention, a motor case having a hollow heating chamber and a fuel grain in contact therewith,
A liquid oxidant supply device for supplying a liquid oxidant to the hollow heating chamber;
A combustion gas supply device for supplying combustion gas to the hollow heating chamber,
A hybrid rocket engine that heats and gasifies the fuel grain and the liquid oxidant with the combustion gas, and ignites the fuel grain,
The hollow heating chamber has a hollow cylindrical shape,
Furthermore, there is provided a hybrid rocket engine comprising a hollow cylindrical solid auxiliary fuel installed concentrically with the hollow heating chamber.

また前記燃焼ガス供給装置は、前記固体補助燃料の円筒形内面に沿って接線方向に前記燃焼ガスを噴射する噴射ノズルを有する。   The combustion gas supply device has an injection nozzle that injects the combustion gas in a tangential direction along the cylindrical inner surface of the solid auxiliary fuel.

また、本発明によれば、内部に中空加熱室とこれに接する燃料グレインとを有するモータケースと、
前記中空加熱室に液体酸化剤を供給する液体酸化剤供給装置と、
前記中空加熱室に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、を備え、
前記燃焼ガスにより前記燃料グレインと前記液体酸化剤とを加熱してガス化し、前記燃料グレインを着火するハイブリッドロケットエンジンの点火方法であって、
前記中空加熱室を中空円筒形に形成し、
前記中空加熱室と同心にその内側に中空円筒形の固体補助燃料を設置し、
前記燃焼ガスにより、前記固体補助燃料を加熱してガス化し、前記固体補助燃料から補助燃料ガスを発生させ、
前記補助燃料ガスを前記燃料グレインと前記液体酸化剤との前記ガス化に利用する、ことを特徴とするハイブリッドロケットエンジンの点火方法が提供される。
Further, according to the present invention, a motor case having a hollow heating chamber and a fuel grain in contact therewith,
A liquid oxidant supply device for supplying a liquid oxidant to the hollow heating chamber;
A combustion gas supply device for supplying combustion gas to the hollow heating chamber,
A method for igniting a hybrid rocket engine that heats and gasifies the fuel grain and the liquid oxidant with the combustion gas and ignites the fuel grain,
Forming the hollow heating chamber into a hollow cylindrical shape;
A hollow cylindrical solid auxiliary fuel is installed inside the concentric with the hollow heating chamber,
With the combustion gas, the solid auxiliary fuel is heated and gasified to generate auxiliary fuel gas from the solid auxiliary fuel,
An ignition method for a hybrid rocket engine is provided, wherein the auxiliary fuel gas is used for the gasification of the fuel grain and the liquid oxidant.

また前記燃焼ガスにより、前記固体補助燃料を加熱してガス化し、前記固体補助燃料から補助燃料ガスを発生させて前記中空加熱室内に充満させ、
次いで、前記液体酸化剤を前記中空加熱室に供給して、前記補助燃料ガスの一部を着火させて燃焼排ガスを発生させ、
前記補助燃料ガスと前記燃焼排ガスにより、前記燃料グレインと前記液体酸化剤の残部を加熱してガス化し、ガス化した前記燃料グレインをガス化した液体酸化剤で燃焼させる。
In addition, the combustion auxiliary gas heats and gasifies the solid auxiliary fuel, generates auxiliary fuel gas from the solid auxiliary fuel, and fills the hollow heating chamber,
Next, the liquid oxidant is supplied to the hollow heating chamber to ignite part of the auxiliary fuel gas to generate combustion exhaust gas,
With the auxiliary fuel gas and the combustion exhaust gas, the fuel grain and the remainder of the liquid oxidant are heated and gasified, and the gasified fuel grain is combusted with the gasified liquid oxidant.

また前記燃焼ガス供給装置により、固体補助燃料の円筒形内面に沿って接線方向に前記燃焼ガスを噴射する。   Further, the combustion gas supply device injects the combustion gas in a tangential direction along the cylindrical inner surface of the solid auxiliary fuel.

上述した本発明の装置と方法によれば、モータケースの中空加熱室内に同心の固体補助燃料を有するので、固体補助燃料を燃焼ガスで温めてガス化させ、固体補助燃料から補助燃料ガスを発生させることができる。   According to the apparatus and method of the present invention described above, since the concentric solid auxiliary fuel is provided in the hollow heating chamber of the motor case, the auxiliary fuel gas is generated from the solid auxiliary fuel by warming the solid auxiliary fuel with the combustion gas and gasifying it. Can be made.

また、固体補助燃料が燃焼ガスによりガス化し、燃料グレインの表面が加熱された状態で液体酸化剤を供給することにより、液体酸化剤の一部と固体補助燃料から発生した高温の補助燃料ガスとを着火できる。
それにより、本発明のハイブリッドロケットエンジンは、燃料グレインの着火性を向上でき、液体酸化剤を供給してから、燃料グレインが着火するまでの着火遅れ時間を短縮できる。
Further, by supplying the liquid oxidant in a state where the solid auxiliary fuel is gasified by the combustion gas and the surface of the fuel grain is heated, a part of the liquid oxidant and the high-temperature auxiliary fuel gas generated from the solid auxiliary fuel Can be ignited.
Thereby, the hybrid rocket engine of the present invention can improve the ignitability of the fuel grains, and can shorten the ignition delay time from the supply of the liquid oxidant to the ignition of the fuel grains.

さらに固体補助燃料が燃焼ガスによりガス化し、燃料グレインの表面が加熱された状態で液体酸化剤を供給することにより、液体酸化剤を十分にガス化できる。それにより、本発明のハイブリッドロケットエンジンは、不安定燃焼を低減することができる。   Furthermore, the liquid oxidant can be sufficiently gasified by supplying the liquid oxidant while the solid auxiliary fuel is gasified by the combustion gas and the surface of the fuel grain is heated. Thereby, the hybrid rocket engine of the present invention can reduce unstable combustion.

非特許文献1に開示された従来のハイブリッドロケットエンジンの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional hybrid rocket engine disclosed by the nonpatent literature 1. 本発明のハイブリッドロケットエンジンの説明図である。It is explanatory drawing of the hybrid rocket engine of this invention. 図2のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図2は、本発明のハイブリッドロケットエンジン10の説明図である。また図3は、図2のA−A断面図である。
本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、内部に中空加熱室1とこれに接する燃料グレイン2とを有するモータケース3と、中空加熱室1に液体酸化剤Lを供給する液体酸化剤供給装置4と、中空加熱室1に燃焼ガスG1を供給する燃焼ガス供給装置5と、を備える。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the hybrid rocket engine 10 of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
The hybrid rocket engine 10 of the present invention includes a motor case 3 having a hollow heating chamber 1 and a fuel grain 2 in contact therewith, a liquid oxidant supply device 4 for supplying a liquid oxidant L to the hollow heating chamber 1, A combustion gas supply device 5 for supplying the combustion gas G1 to the hollow heating chamber 1.

そして本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、燃焼ガスG1により燃料グレイン2と液体酸化剤Lとを加熱してガス化し、燃料グレイン2を着火する。   The hybrid rocket engine 10 of the present invention heats and fuelizes the fuel grains 2 and the liquid oxidant L with the combustion gas G1 to ignite the fuel grains 2.

モータケース3は、燃料グレイン2の燃焼による高圧に耐える圧力容器であり、円筒状壁面を有し、モータケース3内で生じたガスを膨張、加速させて噴射させるためのノズル16が後端に連結されている。モータケース3の材料は、鉄鋼、アルミニウム合金、またはFRPであることが望ましい。   The motor case 3 is a pressure vessel that can withstand the high pressure caused by the combustion of the fuel grain 2, has a cylindrical wall surface, and a nozzle 16 for expanding and accelerating and accelerating the gas generated in the motor case 3 at the rear end. It is connected. The material of the motor case 3 is preferably steel, an aluminum alloy, or FRP.

液体酸化剤供給装置4は、内部に液体酸化剤Lを入れる中空を有する酸化剤タンク4aと、酸化剤タンク4aとモータケース3の中空加熱室1を連結し、中空加熱室1内に液体酸化剤Lを供給するインジェクタ4bとを有することが好ましい。またインジェクタ4bは、モータケース3の前端もしくは中空加熱室1の前端に連結していることが好ましい。
しかし液体酸化剤供給装置4の構成はこれに限らず、他の構成でもよい。
The liquid oxidant supply device 4 includes a hollow oxidant tank 4 a into which the liquid oxidant L is placed, and connects the oxidant tank 4 a and the hollow heating chamber 1 of the motor case 3. It is preferable to have an injector 4b for supplying the agent L. The injector 4 b is preferably connected to the front end of the motor case 3 or the front end of the hollow heating chamber 1.
However, the configuration of the liquid oxidant supply device 4 is not limited to this, and other configurations may be used.

液体酸化剤Lは、極低温の液体酸素、亜酸化二窒素(NO)、もしくはNOが好ましい。また、酸化剤として、気体の酸化剤を使用してもよい。 The liquid oxidant L is preferably cryogenic liquid oxygen, nitrous oxide (N 2 O), or NO x . Moreover, you may use a gaseous oxidizing agent as an oxidizing agent.

燃料グレイン2は、ゴム状の粘弾性物質である推進剤であり、燃焼により高温高圧のガスを発生する。燃料グレイン2は、末端水酸基ポリブタジエン(HTPB)、ろう(WAX)や、ポリプロピレン(PP)もしくはポリエーテル(PE)、等の高分子のプラスチック樹脂が好ましい。   The fuel grain 2 is a propellant that is a rubber-like viscoelastic substance, and generates high-temperature and high-pressure gas by combustion. The fuel grain 2 is preferably a high-molecular plastic resin such as terminal hydroxyl group polybutadiene (HTPB), wax (WAX), polypropylene (PP) or polyether (PE).

中空加熱室1は、中空円筒形であり、さらに、中空加熱室1と同心にその内側に設置された中空円筒形の固体補助燃料12を備える。
中空加熱室1は、モータケース3の前端で、燃料グレイン2より前方に設けられることが好ましい。また中空加熱室1と燃料グレイン2との間に、間仕切りを設けないことが好ましい。
The hollow heating chamber 1 has a hollow cylindrical shape, and further includes a hollow cylindrical solid auxiliary fuel 12 disposed concentrically with the hollow heating chamber 1 inside.
The hollow heating chamber 1 is preferably provided in front of the fuel grain 2 at the front end of the motor case 3. Moreover, it is preferable not to provide a partition between the hollow heating chamber 1 and the fuel grain 2.

中空加熱室1には、液体酸化剤供給装置4のインジェクタ4bと燃焼ガス供給装置5の噴射ノズル14が開口する。
なお、モータケース3の円筒状壁面と中空加熱室1の円筒状壁面は同じものであることが好ましいが、中空加熱室1の円筒状壁面をモータケース3の円筒状壁面とは別に設けてもよい。
In the hollow heating chamber 1, an injector 4 b of the liquid oxidant supply device 4 and an injection nozzle 14 of the combustion gas supply device 5 are opened.
Although the cylindrical wall surface of the motor case 3 and the cylindrical wall surface of the hollow heating chamber 1 are preferably the same, the cylindrical wall surface of the hollow heating chamber 1 may be provided separately from the cylindrical wall surface of the motor case 3. Good.

固体補助燃料12は、中空加熱室1の円筒状壁面に沿って、中空加熱室1と同心に設置された中空円筒形の固体燃料であることが好ましい。
しかし旋回する燃焼ガスG1が固体補助燃料12に接することができ、かつ燃料グレイン2の表面を加熱できる構成であれば、これに限らず他の構成でもよい。すなわち、例えば中実円筒状の固体補助燃料12を、モータケース3の中心軸上に設置し、中実円筒状の固体補助燃料12の外側円筒面と中空加熱室1の円筒状壁面との間に燃焼ガスG1を噴射して旋回させてもよい。
The solid auxiliary fuel 12 is preferably a hollow cylindrical solid fuel installed concentrically with the hollow heating chamber 1 along the cylindrical wall surface of the hollow heating chamber 1.
However, as long as the swirling combustion gas G1 can come into contact with the solid auxiliary fuel 12 and the surface of the fuel grain 2 can be heated, the present invention is not limited to this, and other configurations may be used. That is, for example, a solid cylindrical solid auxiliary fuel 12 is installed on the central axis of the motor case 3, and between the outer cylindrical surface of the solid cylindrical solid auxiliary fuel 12 and the cylindrical wall surface of the hollow heating chamber 1. Alternatively, the combustion gas G1 may be injected and swirled.

固体補助燃料12は、燃料グレイン2と同じ燃料でもよいが、気化しやすい燃料を選定した方が良い。すなわち、例えばポリプロピレン(PP)やゴムを固体補助燃料12として使用することが好ましい。
また固体補助燃料12は、燃料グレイン2と一体に形成されてもよい。
The solid auxiliary fuel 12 may be the same fuel as the fuel grain 2, but it is preferable to select a fuel that is easily vaporized. That is, it is preferable to use, for example, polypropylene (PP) or rubber as the solid auxiliary fuel 12.
The solid auxiliary fuel 12 may be formed integrally with the fuel grain 2.

燃焼ガス供給装置5は、固体補助燃料12の円筒形内面12aに沿って接線方向に燃焼ガスG1を噴射する噴射ノズル14を有する。
すなわち、燃焼ガス供給装置5は、モータケース3の接線方向に延びる噴射ノズル14を有し、固体補助燃料12の円筒形内面12aに沿って接線方向に燃焼ガスG1を噴射する。
The combustion gas supply device 5 has an injection nozzle 14 that injects the combustion gas G <b> 1 in a tangential direction along the cylindrical inner surface 12 a of the solid auxiliary fuel 12.
That is, the combustion gas supply device 5 has an injection nozzle 14 that extends in the tangential direction of the motor case 3, and injects the combustion gas G 1 in the tangential direction along the cylindrical inner surface 12 a of the solid auxiliary fuel 12.

なお、図3に示すように、モータケース3の中心軸に垂直な面による固体補助燃料12の円筒形内面12aの断面形状は、円である。接線方向とは、燃焼ガス供給装置5を通過する直線がその円(円筒形内面12a)の接線となるときのその直線が延びる方向をいう。   In addition, as shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the cylindrical inner surface 12a of the solid auxiliary fuel 12 by a surface perpendicular to the central axis of the motor case 3 is a circle. The tangential direction refers to the direction in which the straight line extending when the straight line passing through the combustion gas supply device 5 is tangent to the circle (cylindrical inner surface 12a).

燃焼ガス供給装置5は、酸化剤が混在した固体の火薬を燃料とする点火器であることが好ましい。しかしこれに限らず、ハイブリッド形態の点火器を使用してもよい。
燃焼ガス供給装置5が燃焼した際に発生する燃焼ガスG1の温度は、約3000度になることが好ましい。
The combustion gas supply device 5 is preferably an igniter using a solid explosive mixed with an oxidant as fuel. However, the present invention is not limited to this, and a hybrid igniter may be used.
The temperature of the combustion gas G1 generated when the combustion gas supply device 5 burns is preferably about 3000 degrees.

なお、液体酸化剤Lは、固体補助燃料12がガス化した後に中空加熱室1に供給され着火される。   The liquid oxidant L is supplied to the hollow heating chamber 1 and ignited after the solid auxiliary fuel 12 is gasified.

このように、本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、燃焼ガス供給装置5の噴射ノズル14がモータケース3の円筒状壁面に設けられ、モータケース3の接線方向に延びるので、燃焼ガス供給装置5から噴射された燃焼ガスG1が固体補助燃料12の円筒形内面12aの接線方向に噴射される。そのため本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、約3000度の燃焼ガスG1を固体補助燃料12の円筒形内面12aに沿って旋回させることができ、燃焼ガスG1の中空加熱室1の滞留時間を、従来のハイブリッドロケットエンジン100より長くすることができる。また燃焼ガスG1を旋回させることにより、燃焼ガスG1の中空加熱室1内の滞在時間を延ばすことができるので、固体補助燃料12のガス化を起こしやすくでき、さらに燃料グレイン2の表面を温めることができる。   Thus, in the hybrid rocket engine 10 of the present invention, the injection nozzle 14 of the combustion gas supply device 5 is provided on the cylindrical wall surface of the motor case 3 and extends in the tangential direction of the motor case 3. The injected combustion gas G1 is injected in the tangential direction of the cylindrical inner surface 12a of the solid auxiliary fuel 12. Therefore, the hybrid rocket engine 10 of the present invention can swirl the combustion gas G1 of about 3000 degrees along the cylindrical inner surface 12a of the solid auxiliary fuel 12, and the residence time of the combustion gas G1 in the hollow heating chamber 1 is conventionally increased. The hybrid rocket engine 100 can be made longer. Further, by swirling the combustion gas G1, the residence time of the combustion gas G1 in the hollow heating chamber 1 can be extended, so that the solid auxiliary fuel 12 can be easily gasified and the surface of the fuel grain 2 can be warmed. Can do.

それにより、燃料グレイン2を従来のハイブリッドロケットエンジン100より早く加熱でき、液体酸化剤Lを中空加熱室1内に供給する前に、燃料グレイン2のガス化を促進できる。   Thereby, the fuel grain 2 can be heated faster than the conventional hybrid rocket engine 100, and the gasification of the fuel grain 2 can be promoted before the liquid oxidant L is supplied into the hollow heating chamber 1.

このように、本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、燃料グレイン2の着火性を向上でき、液体酸化剤Lを供給してから、燃料グレイン2が着火するまでの時間(以下、本発明において「着火遅れ時間」という)を、従来のハイブリッドロケットエンジン10より短縮できる。   Thus, the hybrid rocket engine 10 of the present invention can improve the ignitability of the fuel grain 2, and the time from the supply of the liquid oxidant L to the ignition of the fuel grain 2 (hereinafter referred to as "ignition" in the present invention). The delay time can be shortened compared to the conventional hybrid rocket engine 10.

また本発明のハイブリッドロケットエンジン10では、中空加熱室1内が加熱された後に液体酸化剤Lを供給するため、液体酸化剤Lが十分にガス化される。それにより、本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、不安定燃焼を低減することができる。   In the hybrid rocket engine 10 of the present invention, since the liquid oxidant L is supplied after the inside of the hollow heating chamber 1 is heated, the liquid oxidant L is sufficiently gasified. Thereby, the hybrid rocket engine 10 of the present invention can reduce unstable combustion.

次に、本発明のハイブリッドロケットエンジン10の点火方法について説明する。
本発明のハイブリッドロケットエンジン10の点火方法では、燃焼ガスG1により、固体補助燃料12を加熱してガス化し、固体補助燃料12から補助燃料ガスG2を発生させ、補助燃料ガスG2を燃料グレイン2と液体酸化剤Lとのガス化に利用する。すなわち本発明のハイブリッドロケットエンジン10の点火方法は、以下の(S1)〜(S4)のステップにより行われる。
Next, the ignition method of the hybrid rocket engine 10 of the present invention will be described.
In the ignition method of the hybrid rocket engine 10 of the present invention, the solid auxiliary fuel 12 is heated and gasified by the combustion gas G1, the auxiliary fuel gas G2 is generated from the solid auxiliary fuel 12, and the auxiliary fuel gas G2 is combined with the fuel grain 2. It is used for gasification with the liquid oxidant L. That is, the ignition method of the hybrid rocket engine 10 of the present invention is performed by the following steps (S1) to (S4).

(S1)初めに、燃焼ガス供給装置5を点火し、燃焼ガスG1を中空加熱室1内に供給する。 (S1) First, the combustion gas supply device 5 is ignited and the combustion gas G1 is supplied into the hollow heating chamber 1.

(S2)そして、燃焼ガスG1を固体補助燃料12の円筒形内面12aに沿って旋回させ、燃焼ガスG1により、固体補助燃料12を加熱してガス化し、固体補助燃料12から補助燃料ガスG2を発生させて中空加熱室1内に充満させる。
このとき、燃焼ガスG1と補助燃料ガスG2とにより、燃料グレイン2の表面を加熱し、燃料グレイン2をガス化しやすい状態にする。
(S2) Then, the combustion gas G1 is swirled along the cylindrical inner surface 12a of the solid auxiliary fuel 12, the solid auxiliary fuel 12 is heated and gasified by the combustion gas G1, and the auxiliary fuel gas G2 is converted from the solid auxiliary fuel 12. It is generated and filled into the hollow heating chamber 1.
At this time, the surface of the fuel grain 2 is heated by the combustion gas G1 and the auxiliary fuel gas G2, so that the fuel grain 2 is easily gasified.

(S3)次いで、液体酸化剤Lを液体酸化剤供給装置4から中空加熱室1に供給して、補助燃料ガスG2の一部を着火させて燃焼排ガスG3を発生させる。 (S3) Next, the liquid oxidant L is supplied from the liquid oxidant supply device 4 to the hollow heating chamber 1, and a part of the auxiliary fuel gas G2 is ignited to generate the combustion exhaust gas G3.

(S4)その後、補助燃料ガスG2と燃焼排ガスG3により、燃料グレイン2と液体酸化剤Lの残部を加熱してガス化し、ガス化した燃料グレイン2をガス化した液体酸化剤Lで燃焼させることにより、ハイブリッドロケットエンジン10を点火する。 (S4) Thereafter, the remaining fuel grain 2 and the liquid oxidant L are heated and gasified with the auxiliary fuel gas G2 and the combustion exhaust gas G3, and the gasified fuel grain 2 is burned with the gasified liquid oxidant L. Thus, the hybrid rocket engine 10 is ignited.

なお、本発明のハイブリッドロケットエンジン10の点火方法において、上述した(S1)〜(S4)のステップのうち、(S1)と(S2)にかかる時間が着火準備時間であり、(S3)と(S4)とにかかる時間が着火遅れ時間である。
着火準備時間は、遅くとも、数百ミリsecである。
In the ignition method of the hybrid rocket engine 10 of the present invention, among the steps (S1) to (S4) described above, the time taken for (S1) and (S2) is the ignition preparation time, and (S3) and ( The time taken for S4) is the ignition delay time.
The ignition preparation time is several hundred milliseconds at the latest.

上述した本発明の装置と方法によれば、モータケース3の円筒状壁面に燃焼ガス供給装置5を設置し、中空加熱室1内に同心の固体補助燃料12を有するので、固体補助燃料12を燃焼ガスG1で温めてガス化させ、固体補助燃料12から補助燃料ガスG2を発生させることができる。   According to the apparatus and method of the present invention described above, the combustion gas supply device 5 is installed on the cylindrical wall surface of the motor case 3 and the concentric solid auxiliary fuel 12 is provided in the hollow heating chamber 1. It is possible to generate the auxiliary fuel gas G2 from the solid auxiliary fuel 12 by heating and gasifying with the combustion gas G1.

また、固体補助燃料12が燃焼ガスG1によりガス化し、燃料グレイン2の表面が加熱された状態で液体酸化剤Lを供給することにより、液体酸化剤Lの一部と固体補助燃料12から発生した高温の補助燃料ガスG2とを着火できる。
それにより、本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、燃料グレイン2の着火性を向上でき、液体酸化剤Lを供給してから燃料グレイン2が着火するまでの着火遅れ時間を短縮できる。
Further, when the solid auxiliary fuel 12 is gasified by the combustion gas G1 and the liquid oxidant L is supplied while the surface of the fuel grain 2 is heated, a part of the liquid oxidant L and the solid auxiliary fuel 12 are generated. High temperature auxiliary fuel gas G2 can be ignited.
Thereby, the hybrid rocket engine 10 of the present invention can improve the ignitability of the fuel grain 2 and can shorten the ignition delay time from the supply of the liquid oxidant L to the ignition of the fuel grain 2.

さらに固体補助燃料12が燃焼ガスG1によりガス化し、燃料グレイン2の表面が加熱された状態で液体酸化剤Lを供給することにより、液体酸化剤Lを十分にガス化できる。それにより、本発明のハイブリッドロケットエンジン10は、不安定燃焼を低減することができる。   Furthermore, the liquid oxidant L can be sufficiently gasified by supplying the liquid oxidant L in a state where the solid auxiliary fuel 12 is gasified by the combustion gas G1 and the surface of the fuel grain 2 is heated. Thereby, the hybrid rocket engine 10 of the present invention can reduce unstable combustion.

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

10,100 ハイブリッドロケットエンジン、
1 中空加熱室、2,102 燃料グレイン、
3,103 モータケース、4 液体酸化剤供給装置、
4a 酸化剤タンク、4b インジェクタ、
5,105 燃焼ガス供給装置、
12 固体補助燃料、12a 円筒形内面、
14 噴射ノズル、16 ノズル、
104 酸化剤供給装置、
G1,G0 燃焼ガス、G2 補助燃料ガス、
G3 燃焼排ガス、L 液体酸化剤、L0 酸化剤
10,100 hybrid rocket engine,
1 hollow heating chamber, 2,102 fuel grain,
3,103 motor case, 4 liquid oxidant supply device,
4a oxidant tank, 4b injector,
5,105 combustion gas supply device,
12 solid auxiliary fuel, 12a cylindrical inner surface,
14 injection nozzles, 16 nozzles,
104 oxidant supply device,
G1, G0 combustion gas, G2 auxiliary fuel gas,
G3 combustion exhaust gas, L liquid oxidizer, L0 oxidizer

Claims (5)

内部に中空加熱室とこれに接する燃料グレインとを有するモータケースと、
前記中空加熱室に液体酸化剤を供給する液体酸化剤供給装置と、
前記中空加熱室に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、を備え、
前記燃焼ガスにより前記燃料グレインと前記液体酸化剤とを加熱してガス化し、前記燃料グレインを着火するハイブリッドロケットエンジンであって、
前記中空加熱室は、中空円筒形であり、
さらに、前記中空加熱室と同心にその内側に設置された中空円筒形の固体補助燃料を備える、ことを特徴とするハイブリッドロケットエンジン。
A motor case having a hollow heating chamber and a fuel grain in contact therewith,
A liquid oxidant supply device for supplying a liquid oxidant to the hollow heating chamber;
A combustion gas supply device for supplying combustion gas to the hollow heating chamber,
A hybrid rocket engine that heats and gasifies the fuel grain and the liquid oxidant with the combustion gas, and ignites the fuel grain,
The hollow heating chamber has a hollow cylindrical shape,
The hybrid rocket engine further comprises a hollow cylindrical solid auxiliary fuel disposed concentrically with the hollow heating chamber.
前記燃焼ガス供給装置は、前記固体補助燃料の円筒形内面に沿って接線方向に前記燃焼ガスを噴射する噴射ノズルを有する、ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドロケットエンジン。   2. The hybrid rocket engine according to claim 1, wherein the combustion gas supply device includes an injection nozzle that injects the combustion gas in a tangential direction along a cylindrical inner surface of the solid auxiliary fuel. 内部に中空加熱室とこれに接する燃料グレインとを有するモータケースと、
前記中空加熱室に液体酸化剤を供給する液体酸化剤供給装置と、
前記中空加熱室に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給装置と、を備え、
前記燃焼ガスにより前記燃料グレインと前記液体酸化剤とを加熱してガス化し、前記燃料グレインを着火するハイブリッドロケットエンジンの点火方法であって、
前記中空加熱室を中空円筒形に形成し、
前記中空加熱室と同心にその内側に中空円筒形の固体補助燃料を設置し、
前記燃焼ガスにより、前記固体補助燃料を加熱してガス化し、前記固体補助燃料から補助燃料ガスを発生させ、
前記補助燃料ガスを前記燃料グレインと前記液体酸化剤との前記ガス化に利用する、ことを特徴とするハイブリッドロケットエンジンの点火方法。
A motor case having a hollow heating chamber and a fuel grain in contact therewith,
A liquid oxidant supply device for supplying a liquid oxidant to the hollow heating chamber;
A combustion gas supply device for supplying combustion gas to the hollow heating chamber,
A method for igniting a hybrid rocket engine that heats and gasifies the fuel grain and the liquid oxidant with the combustion gas and ignites the fuel grain,
Forming the hollow heating chamber into a hollow cylindrical shape;
A hollow cylindrical solid auxiliary fuel is installed inside the concentric with the hollow heating chamber,
With the combustion gas, the solid auxiliary fuel is heated and gasified to generate auxiliary fuel gas from the solid auxiliary fuel,
An ignition method for a hybrid rocket engine, wherein the auxiliary fuel gas is used for the gasification of the fuel grain and the liquid oxidant.
前記燃焼ガスにより、前記固体補助燃料を加熱してガス化し、前記固体補助燃料から補助燃料ガスを発生させて前記中空加熱室内に充満させ、
次いで、前記液体酸化剤を前記中空加熱室に供給して、前記補助燃料ガスの一部を着火させて燃焼排ガスを発生させ、
前記補助燃料ガスと前記燃焼排ガスにより、前記燃料グレインと前記液体酸化剤の残部を加熱してガス化し、ガス化した前記燃料グレインをガス化した液体酸化剤で燃焼させる、ことを特徴とする請求項3に記載のハイブリッドロケットエンジンの点火方法。
The combustion gas heats and gasifies the solid auxiliary fuel, generates auxiliary fuel gas from the solid auxiliary fuel, and fills the hollow heating chamber,
Next, the liquid oxidant is supplied to the hollow heating chamber to ignite part of the auxiliary fuel gas to generate combustion exhaust gas,
The fuel grain and the remaining portion of the liquid oxidant are heated and gasified by the auxiliary fuel gas and the combustion exhaust gas, and the gasified fuel grain is combusted with the gasified liquid oxidant. Item 4. The ignition method for a hybrid rocket engine according to Item 3.
前記燃焼ガス供給装置により、固体補助燃料の円筒形内面に沿って接線方向に前記燃焼ガスを噴射する、ことを特徴とする請求項3または4に記載のハイブリッドロケットエンジンの点火方法。
5. The ignition method for a hybrid rocket engine according to claim 3, wherein the combustion gas is injected tangentially along the cylindrical inner surface of the solid auxiliary fuel by the combustion gas supply device.
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