KR101126861B1 - Combined cycle engine for hypersonic air-breathing and it's engine mode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기권 영역의 지상고도, 정지상태에 이륙하여 30km의 고고도 및 마하 8까지의 극초음속 영역까지 구동되게 하는 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치 및 그의 엔진모드에 관한 것으로, 상기 엔진장치는, 연료를 공급받아 로켓의 추진력을 발생시키는 센터 바디; 중공 캔 형상으로 이루어져서 상기 센터 바디를 중앙으로 감싸는 형태로 위치하는 카울 바디; 상기 센터 바디의 후방에 설치되어서 로켓 이젝션을 통하여 공기를 빨아들이도록 하는 로켓 엔진; 상기 카울 바디의 내면에 설치되어서 흡입구를 통하여 유입된 공기와 연료가 혼합 및 연소되도록 하는 연소기; 상기 연소기의 연소를 통해서 추력을 얻기 위한 노즐; 상기 인젝터의 후방에 설치되어서 화염 유지 상황시에 사용되는 보염기; 및 상기 센터 바디의 후방부에 위치하여 상기 카울 바디와 연결되는 연결 파일런;을 포함하며, 상기 장치의 엔진모드는 비행체의 작동환경에 따라서, 이젝터제트 엔진모드, 램제트 엔진모드 및 스크램제트 엔진모드의 추진기관으로 작동한다.The present invention relates to a supersonic air-suction combined cycle engine device and an engine mode thereof, which take off at ground altitude and standstill in an atmosphere region and are driven to a high altitude of 30 km and a hypersonic area up to Mach 8. A center body for receiving fuel to generate propulsion of the rocket; A cowl body formed in a hollow can shape to surround the center body in the center; A rocket engine installed at the rear of the center body to suck air through the rocket ejection; A combustor installed on an inner surface of the cowl body to mix and combust air and fuel introduced through an inlet; A nozzle for obtaining thrust through combustion of the combustor; An injector installed at the rear of the injector and used in a flame maintenance situation; And a connecting pylon positioned at a rear portion of the center body and connected to the cowl body, wherein the engine mode of the apparatus is based on an operating environment of an aircraft, such as an ejector jet engine mode, a ramjet engine mode, and a scramjet engine mode. Act as a propulsion engine.
극초음속, 공기흡입식, 복합사이클 엔진, 로켓, 이젝터제트, 램제트엔진, 스크램제트 엔진 Ultrasonic, Air-Suction, Combined Cycle Engine, Rocket, Ejector Jet, Ramjet Engine, Scramjet Engine
Description
본 발명은 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기권 영역의 지상고도, 정지 상태에서부터 고고도, 극초음속 영역까지 구동이 가능한 추진기관 시스템인 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a hypersonic air intake hybrid cycle engine, and more particularly, to a supersonic air intake hybrid cycle engine which is a propulsion engine system capable of driving from the ground altitude, standstill to high altitude, and the hypersonic region of the atmosphere region. will be.
일반적으로, 제시된 속도영역(마하 0 내지 8)을 비행할 수 있는 단일 추진시스템으로는 로켓 추진기관이 있다. In general, a single propulsion system capable of flying a given speed range (Mach 0-8) is a rocket propulsion engine.
또한, 정지상태에서의 출발은 불가능하지만 마하 2 이상의 영역에서 구동이 가능한 램제트 엔진과 마하 5 이상의 영역에서 구동이 가능한 스크램제트 엔진이 있다.In addition, there are ramjet engines which cannot be started from the stationary state but can be driven in the Mach 2 or higher region and scramjet engines which can be driven in the Mach 5 or higher region.
그러나, 상기의 로켓 추진기관과 램제트 엔진 및 스크램제트 엔진은 다음과 같은 몇가지 문제점을 내재하고 있다.However, the rocket propulsion engine, the ramjet engine and the scramjet engine have some problems as follows.
첫째, 로켓 추진기관의 경우 산화재를 대기 상태에서 포집할 수 없기 때문에 산화제를 탑재해야한다. 산화제와 연료는 액화된 상태로 보존하기 때문에 높은 압 력으로 가압하여 보존한다. 따라서 안전을 위하여 시스템이 거대해지게 되어 비슷한 영역에서 구동이 가능한 램제트 엔진 및 스크램제트 엔진에 비하여 비추력 및 효율이 떨어진다. 또한 시스템 복잡도에 따라 제작에 드는 비용이 높은 반면 기본적으로 1회성으로 사용되기 때문에 재사용이 불가능하다. First, rocket propulsion engines must be loaded with oxidants because they cannot capture oxidants in the atmosphere. Because oxidants and fuels are stored in a liquefied state, they are stored under high pressure. Therefore, for safety, the system becomes huge, and the non-thrust and efficiency are lower than those of the ramjet engine and the scramjet engine which can be driven in a similar area. In addition, depending on the complexity of the system, the production cost is high, but it is basically used only once, so it cannot be reused.
둘째, 램제트 엔진은 고속비행에 따른 램효과를 이용하여 마하수 2 내지 6에서 작동한다. 고속의 공기는 엔진 흡입구에서 다수의 경사 충격파와 한 개의 약한 수직 충격파를 거쳐 유속이 아음속으로 감소된 후 연소기 입구의 디퓨저에서 압축이 일어나 온도와 압력이 상승한다. 램제트 엔진의 특징은 연소현상이 아음속에서 발생한다는 점이며 연소 후 공기는 수축-팽창 노즐에서 팽창되어 추력을 발생시킨다. 그러나 마하수 0에서는 추력을 낼 수 없다. 또한 마하 6 이상의 영역에서는 연소기 입구에서 열 해리가 발생하여 효율이 급격하게 떨어지게 된다. Secondly, the ramjet engine operates on Mach numbers 2-6 using the ram effect of high-speed flight. The high speed air passes through a number of gradient shock waves and one weak vertical shock wave at the engine inlet, and the flow rate is reduced to subsonic velocity, which causes compression at the diffuser at the combustor, increasing the temperature and pressure. The characteristic of Ramjet engine is that combustion occurs at subsonic speed, and after combustion, air is expanded in the contraction-expansion nozzle to generate thrust. But Mach
셋째, 스크램제트 엔진은 램제트 엔진과 달리 연소실을 포함한 전체 내부유동이 초음속이므로 팽창 노즐만을 이용하여 추력을 발생시킨다. 그러나 램제트 엔진과 마찬가지로 정지 상태에서의 구동이 불가능하다는 단점이 있다.Third, unlike the ramjet engine, the scramjet engine generates thrust using only the expansion nozzle because the entire internal flow including the combustion chamber is supersonic. However, like the ramjet engine, it is impossible to operate in a stationary state.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 로켓 엔진, 램제트 엔진 및 스크램제트 엔진을 적절히 조합하여 대기권 내에서의 극초음속 비행을 실현함으로써, 시스템의 경량화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 비행중단에 의한 위험에 유연성을 갖는 등 기존 로켓 추진시스템에 비해 현저하게 유리한 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치 및 그의 엔진모드를 제공하는 데에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to achieve a supersonic flight in the atmosphere by combining a rocket engine, a ramjet engine and a scramjet engine appropriately, not only to reduce the weight of the system but also to stop the flight It is to provide a hypersonic air-sucking combined cycle engine device and its engine mode which are remarkably advantageous compared to the existing rocket propulsion system, such as flexibility in risk.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 대기권 영역의 지상고도, 정지상태에서도 고고도 및 극초음속 영역까지 구동되게 하는 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치는, 연료를 공급받아 로켓의 추진력을 발생시키는 센터 바디; 중공 캔 형상으로 이루어져서 상기 센터 바디를 중앙으로 감싸는 형태로 위치하는 카울 바디; 상기 센터 바디의 후방에 설치되어서 로켓 이젝션을 통하여 공기를 빨아들이도록 하는 로켓 엔진; 상기 카울 바디의 내면에 다수 개의 연료 인젝터를 구성하여 설치되어서 흡입구를 통하여 유입된 공기와 연료가 혼합 및 연소되도록 하는 연소기; 상기 연소기의 연소를 통해서 추력을 얻기 위한 노즐; 상기 인젝터의 후방인 상기 센터 바디와 카울 바디에 공동형상으로 설치되어 화염 유지 상황시에 사용되는 보염기; 및 상기 센터 바디의 후방부에 위치하여 상기 카울 바디와 연결되는 연결 파일런;을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus for driving up to an altitude and a hypersonic region in an atmosphere region according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is supplied with fuel and provided with a rocket. A center body generating a driving force of the; A cowl body formed in a hollow can shape to surround the center body in the center; A rocket engine installed at the rear of the center body to suck air through the rocket ejection; A combustor configured to configure a plurality of fuel injectors on an inner surface of the cowl body to mix and combust air and fuel introduced through an inlet; A nozzle for obtaining thrust through combustion of the combustor; An injector, which is installed in the center shape and the cowl body which is the rear of the injector, is used in a flame maintaining situation; And a connection pylon positioned at a rear portion of the center body and connected to the cowl body.
본 발명의 실시예에 따른 대기권 영역의 지상고도, 정지상태에서도 고고도 및 극초음속 영역까지 구동되게 하는 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진모드는, 비행체의 작동환경에 따라서, 지상 이륙 상태에서 마하 3까지 영역에서 작동되며, 로켓을 이용하여 공기를 흡입함으로써 연소시켜 추력을 얻는 이젝터제트 엔진모드; 마하 3에서 마하 6까지의 영역에서 작동되며, 램 효과(Ram effect)로 획득된 압축 공기를 이용하여 아음속 상태로 연소가 일어나는 램제트 엔진모드; 및 마하 6에서 마하 8까지의 영역에서 작동되며, 연소가 초음속 상태에서 일어나는 스크램제트 엔진모드;로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the hypersonic air-suction combined cycle engine mode for driving the ground altitude and the high altitude and the hypersonic region even in the atmospheric region according to the embodiment of the present invention may vary from the ground take-off state to the Mach 3 depending on the operating environment of the vehicle. An ejector jet engine mode which is operated in the region and obtains thrust by burning by inhaling air using a rocket; A ramjet engine mode operating in the region from Mach 3 to Mach 6, in which combustion occurs in subsonic state using compressed air obtained with a Ram effect; And a scramjet engine mode operated in a region from Mach 6 to Mach 8, in which combustion occurs in a supersonic state.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치 및 그의 엔진모드는 다음과 같은 효과를 가진다.The ultrasonic air suction type combined cycle engine device and its engine mode according to the present invention as described above have the following effects.
첫째. 2개 이상의 연소기를 갖춘 종래의 복합 엔진과 달리 외부로부터 유입되는 단일 유로 및 연소기를 사용하여 정지 상태에서 마하 8까지 운용하는 복합사이클 엔진 시스템으로서, 2개 이상의 연소기를 갖출 경우 제어 계통 및 연료 분사 계통을 이원화해야하기 때문에 시스템의 경량화를 추구하기 어려운 반면, 단일 유로형태의 복합사이클 엔진의 경우 시스템의 경량화를 꾀할 수 있다.first. Unlike conventional hybrid engines with two or more combustors, a multi-cycle engine system operating from the standstill to Mach 8 using a single flow path and combustor from outside, with a control system and fuel injection system with two or more combustors While it is difficult to pursue the system weight reduction due to the dualization of the system, in the case of a single flow path type multiple cycle engine, the system weight reduction can be achieved.
둘째. 작동 영역이 지상고도, 정지 상태에서 고도 30km, 마하 8의 광범위한 영역에서 구동할 수 있는 극초음속 공기흡입식 추진기관으로 대기권 임무수행에 적합한 운용고도와 긴 항속거리를 가지고 있으므로 가까운 장래에 초음속 비행체, 일단 궤도진입(SSTO, Single Stage To Orbit) 및 이단 궤도진입(TSTO, Two Stage To Orbit) 비행체의 추진시스템으로 선택될 가능성이 매우 높고, 또한 비행체가 상승 하고 있는 동안 추진제의 요구조건에 커다란 영향을 주지 않고 cross-range 비행에 의한 반복사용이 가능하다는 것과 상승 시 일부 엔진의 작동이 중단되어도 대체 착륙 기지를 선택할 수 있기 때문에, 비행중단에 의한 위험에 유연성을 갖는 등 기존 로켓 추진시스템에 비해 현저한 장점을 가진다.second. Ultrasonic air-suction propulsion engines capable of driving over a range of ground altitudes, 30 km altitude at standstill, and a broad range of Mach 8, with operating altitudes and long ranges suitable for atmospheric missions. It is very likely to be selected as the propulsion system for single stage to orbit (SSTO) and two stage to orbit (TSTO) vehicles, and does not significantly affect the requirements of the propellant while the aircraft is rising. It is possible to repeat the use of cross-range flight without using the engine and select the alternative landing base even if some engines stop working when it is raised. Have
이하, 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치 및 그의 엔진모드에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.It will be described below with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the ultrasonic air-suction combined cycle engine device and the engine mode thereof according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치의 정단면도이고, 도 3은 본 발명의 장치에 의해 실시된 비행체 구동 유체 및 분사 경로 표시를 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 장치에 의한 이젝터제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명의 장치에 의한 램제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이며, 도 6은 본 발명의 장치에 의한 스크램제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a supersonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention, Figure 2 is a front cross-sectional view of the ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention, Figure 3 is carried out by the apparatus of the present invention 4 is a cross-sectional view showing the vehicle driving fluid and the injection path display, Figure 4 is a cross-sectional view showing the vehicle behavior and fuel injection mode when the ejector jet engine mode by the device of the present invention, Figure 5 is a ramjet by the device of the present invention FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a vehicle behavior and a fuel injection form when the engine mode is operated. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a vehicle behavior and a fuel injection form when the scramjet engine mode is operated by the apparatus of the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른, 대기권 영역의 지상고도, 정지상태에서도 고고도 및 극초음속 영역까지 구동되게 하는 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치는, 센터 바디(10), 카울 바디(20), 로켓 엔진(30), 연소기, 노즐(40), 보염기(50) 및 연결 파일런(60)으로 구성된다.1 and 2, according to an embodiment of the present invention, the supersonic air suction type combined cycle engine apparatus for driving up to the high altitude and the hypersonic region of the atmosphere region even in a ground altitude and a stationary state may include a center body ( 10),
상기 센터 바디(10)는 연료를 공급받아 로켓의 추진력을 발생시키는 부분으 로서, 각 부위인 전방, 후방, 내면의 구성은 다음과 같이 이루어진다.The
즉, 상기 센터 바디(10)의 전방은 축대칭형 흡입구 형상을 취하고 있으며 아음속에서는 디퓨저의 역할을 하여 유동을 원활히 빨아들이도록 하고, 초음속 영역에서는 공기 포획량이 일정하도록 설계된다.That is, the front of the
그리고, 상기 센터 바디(10)의 후방에는 로켓 노즐이 엔진 중앙의 연소실 입구를 향하도록 배치되어있으며, 로켓 엔진(30)은 본 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진의 이젝터제트 엔진모드에서 공기를 로켓 이젝션을 통하여 빨아들이기 위한 용도로 설치된다. In addition, the rocket nozzle is disposed at the rear of the
상기 센터 바디(10)의 내부에는 로켓 엔진(30)의 연료와 산화제 탱크(미도시) 및 로켓 연소실(미도시)이 위치하되, 상기 연료와 산화제는 센터 바디(10)를 재생 냉각할 수 있도록 배치하여 공력 가열로부터 센터 바디(10)를 보호할 수 있도록 한다.A fuel and an oxidant tank (not shown) and a rocket combustion chamber (not shown) of the
상기 카울 바디(20)는 중공 캔 형상으로 이루어져서 센터 바디(10)를 중앙으로 감싸는 형태로 위치한다.The
상기 카울 바디(20)의 전방은 초음속 모드에서 앞전(Leading edge)에 충격파(Blunt shock or bow shock)가 발생하지 않도록 컷오프(cut-off) 형상으로 이루어진다. The front of the
상기 카울 바디(20)의 내부에는 다음에 기술되는 연료 분사를 위한 연료 인젝터(45)에 연료를 분사하기 위한 연료 탱크(미도시) 및 제반 설비(미도시)가 내재되어 있도록 한다. Inside the
상기 로켓 엔진(30)은 센터 바디(10)의 후방에 설치되어서 로켓 이젝션을 통하여 공기를 빨아들이도록 하는 역할을 한다.The
즉, 상기 로켓 엔진(30)은 본 발명의 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치의 이젝터제트(ejector-jet) 엔진모드에서 공기를 로켓 이젝션을 통하여 빨아들이기 위한 용도로 설치된다. That is, the
상기 연소기는 카울 바디(20)의 내면에 다수 개의 연료 인젝터(45)를 구성하여 설치되어서 흡입구를 통하여 유입된 공기와 연료가 혼합 및 연소되도록 하는 역할을 한다.The combustor is installed to configure a plurality of
상기와 같이 카울 바디(20) 내면에 위치한 연소기의 연료 인젝터(45)는 크게 3가지 파트로 구분될 수 있다.As described above, the
즉, 상기 연소기의 연료 인젝터(45)는, 제1 인젝터(45-1)가 위치한 연소기 도입부와, 제2 인젝터(45-2)가 위치한 연소기 평행부와, 제3 인젝터(45-3)가 위치한 연소기 확장부의 세 파트로 구분될 수 있다.That is, the
상기 노즐(40)은 상기 연소기의 연소를 통해서 추력을 얻기 위한 것으로, 상기 카울 바디(20)의 내면에 위치한다.The
상기 노즐(40)은 기본적으로 확대 노즐 형상을 취하며 노즐 목(nozzle throat)을 조성하기 위해서는 노즐 입구에 연료 분사를 하여 열적 질식(thermal throat)을 조성한다. The
상기 보염기(50)는 제1 인젝터(45-1)의 후방인 상기 센터 바디(10)와 카울 바디(20)에 공동형상으로 설치되어 화염 유지 상황시에 사용된다.The
즉, 상기 제1 인젝터(45-1)가 위치한 연소기 도입부의 경우 카울 바디(20) 뿐만 아니라 센터 바디(10)에도 보염기(50)가 위치하여 스크램제트(scramjet) 엔진모드에서와 같은 초음속 연소에서 화염을 유지하기 용이하도록 하는 것이다. That is, in the case of the combustor introduction portion in which the first injector 45-1 is located, the
상기 연결 파일런(60)은 센터 바디(10)의 후방부에 위치하여 카울 바디(20)와 연결시켜주는 역할을 한다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 카울 바디(20)와 센터 바디(10)를 연결시켜주는 연결 파일런(60)은 흡입구가 위치하는 센터 바디(10)의 전방부가 아닌 후방부의 확장부에 위치하며 반경 방향으로 총 4개의 장소에 위치하도록 한다.As shown in FIG. 2, the connecting
본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치는 구조적 안전성 및 내부 구성요소 배치의 편의성을 고려하여 원형의 형상으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.The ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention is preferably made in a circular shape in consideration of structural safety and convenience of internal component arrangement.
상기와 같은 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치에 대한 엔진모드에 대해서는 도 3 내지 도 6을 통해 살펴보면 다음과 같다.The engine mode for the ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention as described above will be described with reference to FIGS. 3 to 6.
상기의 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진은 지상고도(sea level), 정지상태(static)에서 출발하여 고도 약 30km, 비행 마하수 8에 도달하는 것을 목표로 하는 엔진이다. The ultrasonic air-suction combined cycle engine is an engine aiming to reach an altitude of about 30 km and a flying Mach number 8 starting at sea level and static.
상기의 엔진은 비행체의 작동환경, 즉 비행 마하수에 따라 운전모드에 따라서, 이젝터제트 엔진모드(도 3 및 도 4 참조), 램제트 엔진모드(도 5 참조) 및 스크램제트 엔진모드(도 6 참조)로 이루어진다.The engine described above is according to the operating mode of the vehicle, that is, the flight Mach number, the ejector jet engine mode (see FIGS. 3 and 4), the ramjet engine mode (see FIG. 5), and the scramjet engine mode (see FIG. 6). Is made of.
본 발명에 따른 엔진장치는 상기 비행 마하수에 따라서, 지상 이륙 상태에서 마하 3까지 영역에서 작동되 이젝터제트 엔진모드와, 마하 3에서 마하 6까지의 영역에서 작동되는 램제트 엔진모드와, 마하 6에서 마하 8까지의 영역에서 작동되는 스크램제트 엔진모드의 3개로 운영된다.The engine apparatus according to the present invention is an ejector jet engine mode operating in the area from the ground take-off state to the Mach 3 according to the flying Mach number, a ramjet engine mode operating in the area from Mach 3 to Mach 6, and Mach 6 to the Mach 6 It operates in three of the scramjet engine modes operating in areas up to eight.
상기 이젝터제트 엔진모드, 램제트 엔진모드 및 스크램제트 엔진모드의 전환에는 4개의 제1 연료 인젝터(45-1), 제2 연료 인젝터(45-2), 제3 연료 인젝터(45-3) 및 제4 연료 인젝터(45-4)에 의한 연료의 분사방식에 따라 구현된다.The four first fuel injectors 45-1, the second fuel injectors 45-2, the third fuel injectors 45-3, and the third fuel injector may be switched between the ejector jet engine mode, the ramjet engine mode, and the scramjet engine mode. 4 is implemented according to the injection method of the fuel by the fuel injector 45-4.
상기의 3개의 엔진모드는 각각의 연료 인젝터들(45-1 내지 45-4)의 작동모드에 따라서 특성이 현저하게 구별되는데, 그에 대한 것은 다음과 같다.The above three engine modes are markedly distinguished according to the operation modes of the respective fuel injectors 45-1 to 45-4, which are as follows.
상기 이젝터제트 엔진모드에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 로켓 엔진(30)을 작동 유체로 사용하는 이젝션(ejection) 효과를 이용하여 공기를 흡입하여 연소시켜 추력을 얻는다.In the ejector jet engine mode, as shown in FIG. 4, the thrust is obtained by inhaling air by using an ejection effect using the
이때, 제4 인젝터(45-4)로 연료를 분사하여 열 질식을 발생시켜 노즐의 열적 질식(thermal throat, 45-5, 도 1 참조)을 구현한다.At this time, the fuel is injected to the fourth injector 45-4 to generate thermal suffocation to implement thermal suffocation of the nozzle (thermal throat 45-5, see FIG. 1).
상기 램제트 엔진모드에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 초음속으로 흡입된 공기가 수직 충격파와 램 효과(Ram effect)로 획득된 압축 공기를 이용하여 아음속상태로 연소가 일어나는 아음속 확산부를 거쳐 연소기에 도달하고 연소 및 팽창함으로써 추력을 얻는다. In the ramjet engine mode, as shown in FIG. 5, the air sucked at supersonic speed reaches the combustor via a subsonic diffusion in which combustion occurs in a subsonic state by using a vertical shock wave and compressed air obtained by a ram effect. Thrust by combustion and expansion.
여기서는, 상기 제2 인젝터(45-2) 및 제3 인젝터(45-3)가 주연소를 위한 연료를 분사하고, 상기의 이젝터제트 엔진모드와 마찬가지로 제4 인젝터(45-4)로 열 질식을 발생시켜 열적 질식(45-5, 도 1 참조)을 구현한다. Here, the second injector 45-2 and the third injector 45-3 inject fuel for main combustion, and thermal suffocation with the fourth injector 45-4 similarly to the ejector jet engine mode. To generate thermal suffocation (45-5, see FIG. 1).
상기 스크램제트 엔진모드에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 적절한 초음속 연소를 위해서 제1 인젝터(45-1)에서 점화가 이루어진다. In the scramjet engine mode, as shown in FIG. 6, ignition occurs in the first injector 45-1 for proper supersonic combustion.
그리고, 열 질식을 방지하기 위해 확장구간인 제3 인젝터(45-3) 구간에서 추가적인 연소를 발생시킨다. Further, in order to prevent thermal suffocation, additional combustion is generated in the third injector 45-3, which is an expansion section.
그러나, 상기와 같은 스크램제트 모드에서는, 상기의 이젝터제트 엔진모드와 램제트 엔진모드와는 달리, 제4 인젝터(45-4)를 이용한 열적 질식을 구현하지 않는다.However, in the scramjet mode as described above, unlike the ejector jet engine mode and the ramjet engine mode, thermal suffocation using the fourth injector 45-4 is not implemented.
즉, 상기 램제트 엔진모드에서 상기 스크램제트 엔진모드로의 전환은, 노즐(40) 파트에 위치한 제4 인젝터(45-4)를 종료하여 열적 질식(thermal throat)을 종료함으로써 일어난다.That is, the switch from the ramjet engine mode to the scramjet engine mode occurs by terminating the thermal throat by terminating the fourth injector 45-4 located in the
그리고, 상기 제1 연료 인젝터 후방에 공동 형상으로 이루어진 보염기(4)를 설치함으로써 상기 스크램제트 엔진모드 시에 화염이 유지되도록 하였다.In addition, the flame is maintained in the scramjet engine mode by installing the cavity 4 having a cavity shape behind the first fuel injector.
따라서, 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치는 지상고도, 정지상태에서 고도 30km 그리고 마하 8의 비행 영역을 순차적으로 소형 로켓을 이용한 이젝터제트 엔진모드(마하 0 내지 3), 램제트 엔진모드(마하 3 내지 6) 및 스크램제트 엔진모드(마하 6 내지 8)를 단일 유로(흡입구, 연소기, 노즐)에서 구현할 수 있기 때문에 종래의 유사 추진기관인 로켓에 비하여 초경량으로 극초음속 비행을 할 수 있게 되는 것이다.Therefore, the ultrasonic air-suction combined cycle engine apparatus according to the present invention is an ejector jet engine mode (
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발 명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes will fall within the scope of the claims set forth.
도 1은 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치를 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 극초음속 공기흡입식 복합사이클 엔진장치의 정단면도이다.Figure 2 is a front sectional view of the ultrasonic air suction type combined cycle engine apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명의 장치에 의해 실시된 비행체 구동 유체 및 분사 경로 표시를 보인 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the vehicle drive fluid and injection path representations implemented by the apparatus of the present invention.
도 4는 본 발명의 장치에 의한 이젝터제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the vehicle behavior and fuel injection mode when the ejector jet engine mode is operated by the apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명의 장치에 의한 램제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the vehicle behavior and fuel injection mode when the ramjet engine mode is operated by the apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 장치에 의한 스크램제트 엔진모드의 작동시 비행체 거동 및 연료분사 형태를 보인 단면도이다.Figure 6 is a cross-sectional view showing the vehicle behavior and fuel injection mode when the operation of the scramjet engine mode by the apparatus of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명** Brief description of symbols for the main parts of the drawings *
10: 센터 바디 20: 카울 바디10: center body 20: cowl body
30: 로켓 엔진 40: 노즐30: rocket engine 40: nozzle
45: 연료 인젝터 45-1: 제1 인젝터45: fuel injector 45-1: first injector
45-2: 제2 인젝터 45-3: 제3 인젝터45-2: second injector 45-3: third injector
45-4: 제4 인젝터 50: 보염기45-4: fourth injector 50: flame retardant
60: 연결 파일런60: connection pylon
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Citations (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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