| 【発明の名称】 |
複合サイクル・パルスデトネーション・タービンエンジン |
| 【発明者】 |
【氏名】ジェームズ・エドワード・ジョンソン
【氏名】ローレンス・ウェイン・ダンバー
【氏名】ローレンス・バトラー
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| 【要約】 |
【課題】ターボファンエンジン用のパルスデトネーション装置。
【解決手段】ターボファンエンジンは、エンジンの内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、エンジンから推力を発生させるパルスデトネーション装置を含む。この装置は、衝撃波管装置を含むパルスデトネーション・オーグメンタを含む。衝撃波管装置は、パルスデトネーション・オーグメンタに導入される空気及び燃料を混合し、その混合気を爆轟させる複数の衝撃波管を含む。デトネーションは高温の燃焼ガスを生じ、この高温ガスがエンジンから導かれてエンジンの推力を発生させる。また、この装置は、ターボファンエンジンのコアエンジンと置換わるパルスデトネーション・オーグメンタ装置を含む。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 吸入側（２５０）、吐出側（２５２）、及びその間に延びる、複数の衝撃波管（７８）を含む衝撃波管装置（２５４）を含む第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）を含み、ターボ機械を用いずにターボファンエンジン（２００）の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせるパルス・デトネーション装置（２０２）を用いてターボファンエンジン推力を発生するための方法であって、燃料及び空気を前記ターボファンエンジンに導入する段階と、燃料及び空気を前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ衝撃波管中で混合する段階と、前記ターボファンエンジンの内部の温度及び圧力を増大させてターボファンエンジン推力を発生させるために、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ衝撃波管の内部で前記燃料と空気の混合気を爆轟させる段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】 前記ターボファンエンジン（２００）は補助ラムダクト及びバルブ装置（２８０）をさらに含み、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）は前記補助ラムダクト及びバルブ装置と流れ連通しており、燃料及び空気を導入する前記段階が、前記補助ラムダクト及びバルブ装置を通して燃料及び空気を前記パルスデトネーション・オーグメンタに導入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】 前記エンジン（２００）は、複数の衝撃波管（７８）を含むパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）をさらに含み、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）は前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体の下流に位置し、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタが前記ターボファンエンジンのコアエンジン（３０）と置換わり、前記方法は、空気及び燃料を前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体衝撃波管中に導入する段階と、燃料及び空気を前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体中で混合する段階と、前記燃料及び空気の混合気を前記第１パルスデトネーション・オーグメンタに供給する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】 前記エンジン（２００）は、補助タービン装置（２３０）、冷却空気ポンプ（２７０）、エゼクタ／ミキサ（２７２）、及び酸化剤噴射装置（２９０）をさらに含み、前記補助タービン装置は前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）及び前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）の間に配置され、前記冷却空気ポンプは前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体から半径方向内側に配置され、前記エゼクタ／ミキサは前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体から半径方向外側に配置され、前記方法は、前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体から半径方向内側に配置される冷却空気ポンプを用いて前記ターボファンエンジンを冷却する段階と、前記エゼクタ／ミキサを用いて前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体から流出する高圧ガスの量を制御する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】 前記酸化剤噴射装置（２９０）を用いて酸化剤を前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４２）中に導入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】 吸入側（２５０）、吐出側（２５２）、及びそれらの間に配置され、パルスデトネーション・オーグメンタ吸入側からパルスデトネーション・オーグメンタ吐出側まで延び、燃料混合気を爆轟させるように構成される複数の衝撃波管（７８）を含む衝撃波管装置（２５４）を含む第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）を含み、ターボファンエンジンの内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、ターボファンエンジン推力を増大させるように構成される、ターボファンエンジン（２００）用のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項７】 前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４２）は、前記ターボファンエンジンに動力を供給するコアエンジン（３０）の下流にあることを特徴とする請求項６に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項８】 前記ターボファンエンジン（２００）は、補助ラムダクト及びバルブ装置（２８０）をさらに含み、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４２）は、前記補助ラムダクト及びバルブ装置と流れ連通していることを特徴とする請求項７に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項９】 前記燃料混合気を爆轟させるように構成される複数の衝撃波管（７８）を含むパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）をさらに含み、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）は前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）の下流に位置し前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体と流れ連通しており、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタは前記ターボファンエンジン（２００）のコアエンジン（３０）と置換わることを特徴とする請求項６に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項１０】 前記第１デトネーション・オーグメンタ（２４０）及び前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）の間に配置される補助タービン装置（２３０）をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項１１】 前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）から半径方向内側に配置され、冷却空気を前記補助タービン装置（２３０）に供給するように構成された冷却空気ポンプ（２７０）をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項１２】 前記補助タービン装置（２３０）の上流に位置し、前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）から流出する高圧ガスの量を制御するように構成されたエゼクタ／ミキサ（２７２）をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項１３】 前記第１デトネーション・オーグメンタ（２４０）と流れ連通して配置された酸化剤噴射装置（２９０）をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のパルスデトネーション装置（２０２）。
【請求項１４】 吸入口部分（２１６）と、前記吸入口部分と同軸に配置された排出口部分（１８０）と、吸入側（２５０）、吐出側（２５２）、及びその間に延びる、燃料混合気を爆轟させるように構成された複数の衝撃波管（７８）を含む衝撃波管装置（２６４）を含む第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）を含み、ターボファンエンジンの内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、ターボファンエンジン推力を増大させるように構成された、前記ターボファン吸入口部分及び前記ターボファン排出口部分の間に配置されたパルスデトネーション装置（２０２）と、を含むことを特徴とするターボファンエンジン（２００）。
【請求項１５】 前記ターボファンエンジンに動力を供給するように構成されたコアエンジン（３０）と、補助ラムダクト及びバルブ装置（２８０）とをさらに含み、前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）は、前記コアエンジンの下流に位置し前記補助ラムダクト及びバルブ装置と流れ連通していることを特徴とする請求項１４に記載のターボファンエンジン（２００）。
【請求項１６】 前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）と流れ連通し、吸入側（２６０）、吐出側（２６２）及びその間に延び、前記燃料混合気を爆轟させるように構成された複数の衝撃波管（７８）を含む、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のターボファンエンジン（２００）。
【請求項１７】 前記第１パルスデトネーション・オーグメンタ（２４０）及び前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）の間に配置される補助タービン装置（２３０）をさらに含み、前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体が前記補助タービン装置と流れ連通していることを特徴とする請求項１６に記載のターボファンエンジン（２００）。
【請求項１８】 前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）から半径方向内側に配置され、冷却空気を前記補助タービン装置（２３０）に供給するように構成された冷却空気ポンプ（２７０）をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のターボファンエンジン（２００）。
【請求項１９】 前記第１デトネーション・オーグメンタ（２４０）の上流に位置し、前記パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体（２４２）から流出する高圧ガスの量を制御するように構成されたエゼクタ／ミキサ（２７２）をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のターボファンエンジン（２００）。
【請求項２０】 前記第１デトネーション・オーグメンタ（２４０）と流れ連通して配置された酸化剤噴射装置（２９０）をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載のターボファンエンジン（２００）。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ターボファンエンジン用のパルスデトネーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変サイクル・ターボファン・ラムジェットエンジンを用いて、低亜音速のマッハ数から約マッハ６の高超音速マッハ数までの間の航空機の飛行速度を得ることができる。米国特許第５，６９４，７６８号に述べられるような、既知のエンジンは、コアエンジン装置及びデュアルモード・オーグメンタを含む。デュアルモード・オーグメンタは、コアエンジン装置から流出する排出空気流に追加の熱を与えて、エンジン推力を増大させる。コアエンジン装置は、ファン組立体を駆動する動力を供給し、一般的に、連続した軸流配置で、圧縮機、燃焼器、高圧タービン、及び低圧タービンを含む。デュアルモード・オーグメンタは、コアエンジンの下流に配置されて、コアエンジン及びコアエンジンを囲繞するバイパス管から空気を受入れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】既知のエンジンは、幾つかの異なる燃焼装置が用いられれば、広い範囲にわたる飛行速度運転が可能である。離陸からほぼマッハ３までの飛行速度運転の間は、コアエンジン及びエンジンファン装置が、オーグメンタにより用いられる圧力及び量の空気流を供給し、エンジンの推力を発生させる。マッハ３からマッハ６までの間の飛行速度運転を維持するために、コアエンジン装置は遮断されて、ファン装置を気流の力だけで回転させるかまたは補助ラムダクトを利用するかしてラム空気流が、デュアルモード・オーグメンタに導入される。マッハ６を超える飛行速度運転を維持するには、別個の超音速燃焼装置、すなわち、スクラムジェットが用いられるかまたは別個のロケットベースの推力発生装置が用いられる。宇宙での飛行速度運転を実現するには、ロケットベースの推力発生装置が用いられる。結果として、エンジンが広い範囲にわたる運転飛行速度で効率よく運転するためには、幾つかの異なる燃焼装置が用いられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】例示的な実施形態において、ターボファンエンジンは、パルスデトネーション装置を含み、ターボファンエンジン推力を供給して、エンジンが運転飛行速度の広い範囲にわたって効率よく作動することを可能にする。パルスデトネーション装置は、第１パルスデトネーション・オーグメンタを含み、ターボファンエンジンの内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせて、ターボファンエンジン推力を発生させる。パルスデトネーション・オーグメンタは、複数の衝撃波管を含む衝撃波管装置を含む。衝撃波管は、空気及び燃料を混合し、その後混合気を爆轟させる。
【０００５】運転中に、空気及び燃料が、パルスデトネーション装置に導入される。パルスデトネーション・オーグメンタは、空気及び燃料を混合し、得られた混合気を爆轟させる。デトネーション（爆轟）は、高温の燃焼ガスを発生し、そのガスは高温及び高圧であり、エンジンから導かれて推力を発生する。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、パルスデトネーション装置１２を含むターボファンエンジン１０の断面側面図である。図２は、図１に示される線２−２によるパルスデトネーション・オーグメンタ１３の断面図である。１つの実施形態において、ターボファンエンジン１０は、オハイオ州シンシナティのゼネラルエレクトリック航空機エンジン社から入手可能なＦ１１０／１２９エンジンである。エンジン１０は、概ね長手方向に延びる軸線または前方方向１６及び後方方向１８に延びる中心線１４を有する。エンジン１０は、全て連続した軸流関係で配列された、高圧圧縮機３４、燃焼器３６、高圧タービン３８、及び出力タービンすなわち低圧タービン３９を含むコアエンジン３０を含む。他の実施形態においては、エンジン１０は、コアファン組立体（図示せず）を含む。
【０００７】パルスデトネーション装置１２は、コアエンジン３０の下流に配置され、コアエンジン３０からコアエンジン燃焼ガスを受入れる。パルスデトネーション装置１２は、コアエンジン３０の内部に含まれるターボ機械を用いることなく、エンジン１０の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせて、エンジン１０から推力を発生させる。パルスデトネーション装置１２は、吸入側７０、吐出側７２及び衝撃波管装置７４を含むパルスデトネーション・オーグメンタ１３を含む。吸入側７０は、吐出側７２の上流に位置し、エンジンセンタボディ７６を円周方向に囲繞する。
【０００８】衝撃波管装置７４は、パルスデトネーション・オーグメンタ吸入側７０及びパルスデトネーション・オーグメンタ吐出側７２の間に延びる複数の衝撃波管７８を含む。衝撃波管７８は、パルスデトネーション装置１２に入ってくる燃料及び空気が、混合されて爆轟されるのを可能にする。各衝撃波管７８は、断面が円形の輪郭を有し、また衝撃波管装置７４は断面が円形の輪郭を有する。１つの実施形態においては、衝撃波管装置は、断面が非円形の輪郭を有する。衝撃波管７８は、コアエンジン３０から収束−発散排出ノズル８４まで延びる。排出ノズル８４は、パルスデトネーション装置１２及び衝撃波管７８の下流に配置される。
【０００９】運転中に、空気流がエンジン１０に入り、燃料がコアエンジン３０に導入される。空気及び燃料は、コアエンジン３０の内部で混合され点火されて、高温の燃焼ガスを発生させる。特に、高圧圧縮機３４からの加圧された空気は、燃焼器３６中で燃料と混合されて点火され、それによって燃焼ガスを発生させる。かかる燃焼ガスが、高圧タービン３８を駆動し、高圧タービン３８が高圧圧縮機３４を駆動する。燃焼ガスは、高圧タービン３８から低圧タービン３９中に放出される。コア空気流は、低圧タービン３９から放出される。
【００１０】混合された空気流は、パルスデトネーション装置１２中に導かれ、エンジン１０に導入される追加の燃料と混合される。パルス・デトネーション装置１２は、混合気を爆轟させてエンジン１０の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、従ってエンジン１０から推力を発生させる。１つの実施形態において、装置１２は、１秒間に５００から１０００サイクルまたはそれより高いサイクルの間で作動可能な極めて高速のバルブ装置及びスパークまたはプラズマ点火装置で制御される。別の実施形態においては、装置１２は、予燃焼装置を組み込んだ連続デトネーション・バルブレス装置で制御される。さらに別の１つの実施形態においては、装置１２は、可変形態のミキサ／噴射器を使用し、衝撃波管装置７４の内部の吐出ガスの、ばらつき調整を制御する。若しくは、装置１２は、上述の３つの実施形態の要素を組み込んで制御される。
【００１１】図３は、低飛行速度モードの運転におけるパルスデトネーション装置１０２を含むターボファンエンジン１００の別の実施形態の断面側面図である。エンジン１００は、概ね長手方向に延びる軸線または前方方向１０６及び後方方向１０８に延びる中心線１０４を有する。エンジン１００は、全て連続した軸流関係に配列された、高圧圧縮機１１４、燃焼器１１６、高圧タービン１１７、及び出力タービンすなわち低圧タービン１１８を含むコアエンジン１１０を含む。別の実施形態においては、エンジン１００は、またコアファン組立体を含むコアエンジンを含む。
【００１２】補助ラムダクト及びバルブ装置１５０は、コアエンジン１１０から半径方向外側に配置されて、エンジン１００の吸入側１５２からパルスデトネーション装置１０２まで延びる。補助ラムダクト及びバルブ装置１５０は、補助ラムダクト１５４及びラム空気バルブ１５６を含む。ラムダクト１５４は、空気を受入れるための吸入口１５７を含む。吸入口１５７は、環状でラムダクト１５４と流れ連通している。ラム空気バルブ１５６は、ラムダクト１５４の内部に配置されて、補助ラムダクト及びバルブ装置１５０を通るラム空気の流れを選択的に制御できる。低飛行速度モードの運転中に、ラム空気バルブ１５６は閉じられ、ラム空気がラムダクト１５４を通してエンジン１００中に流れ込むのを阻止する。マッハ３からマッハ５までの間の中程度の超音速マッハ数飛行速度運転中には、ラム空気バルブ１５６は開いて、ラム空気がラムダクト１５４を通してエンジン１００中に流れ込むことができるようになる。ラム空気バルブ１５６は、また中間位置に位置決めすることができ、ラムダクト１５４中を流れる空気流量を制御する。
【００１３】パルスデトネーション装置１０２は、コアエンジン１１０並びに補助ラムダクト及びバルブ装置１５０の下流に配置される。運転中に、パルスデトネーション装置１０２は、ラムダクト１５４から空気流を、またコアエンジン１１０からコアエンジン燃焼ガスを受入れる。パルスデトネーション装置１０２は、ターボ機械を使用せずにエンジン１００の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、エンジン１００から推力を発生する。パルスデトネーション装置１０２は、吸入側１７０、吐出側１７２及び衝撃波管装置１７４を含むパルスデトネーション・オーグメンタ１６８を含む。吸入側１７０は、吐出側１７２の上流にあり、エンジンセンタボディ１７６を円周方向に囲繞する。衝撃波管装置１７４は、パルスデトネーション・オーグメンタ吸入側１７０及びパルスデトネーション・オーグメンタ吐出側１７２の間に延びる複数の衝撃波管（図示せず）を含む。燃料及び空気が、コアエンジン１１０から排出ノズル１８０まで延びる衝撃波管装置１７４の内部で混合されて爆轟される。
【００１４】低飛行速度での運転中には、空気流がエンジン１００に入り、燃料がコアエンジン１１０に導入される。特に、高圧圧縮機１１４からの加圧された空気が、燃焼器１１６中で燃料と混合されて点火され、それによって燃焼ガスを発生させる。かかる燃焼ガスが、高圧タービン１１７を駆動し、高圧タービン１１７が高圧圧縮機１１６を駆動する。燃焼ガスは、高圧タービン１１７から低圧タービン１１８中に放出される。コア空気流は、低圧タービン１１８から放出される。空気流は、パルスデトネーション装置１０２中に導かれて、エンジン１００へ導入される追加の燃料と混合される。パルスデトネーション装置１０２は、エンジン１００の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、エンジン１００から推力を発生させる。
【００１５】マッハ３からマッハ５までの間の中程度の超音速マッハ数飛行速度運転中に、ラム空気バルブ１５６は、開放位置に置かれて、ラム空気がラムダクト１５４に入り、パルスデトネーション装置１０２に流れることができるようにする。燃料が、パルスデトネーション装置１０２に導入され、ラムダクト１５４から流出するラム空気と混合される。燃料／空気混合気は点火されて、燃焼ガスを発生し、エンジン１００に推力を発生させる。
【００１６】図４は、パルスデトネーション装置２０２を含むターボファンエンジン２００の別の実施形態の断面図である。エンジン２００は、概ね長手方向に延びる軸線または前方方向２０６及び後方方向２０８に延びる中心線２０４を有する。エンジン２００は、エンジン２００の吸入口ダクト２１６中に配置される前部ファン２１４を含むファン組立体２１２を含む。ファン２１４は、エンジン中心線２０４の周りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の翼２１８を含む。吸入口案内翼２２０が、前部ファン２１４の上流の吸入口ダクト２１６中に配置されて、エンジンハブ２２２及びエンジンケーシング２２４の間に延びる。エンジン２００は、また前部ファン２１４と流れ連通して配置された補助タービン装置２３０を含む。補助タービン装置２３０は、前部ファン２１４と流れ連通して配置されかつエンジン中心線２０４から半径方向外方に延びる複数の翼２３４を含むタービン２３２を含む。
【００１７】パルスデトネーション装置２０２は、ターボ機械を使わずにエンジン２００の内部に温度上昇及び圧力上昇を生じさせ、エンジン２００の推力を発生させる。パルスデトネーション装置２０２は、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０及びパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２を含む。パルスデトネーション・オーグメンタ２４０は、吸入側２５０、吐出側２５２、及び衝撃波管装置２５４を含む。吸入側２５０は、吐出側２５２の上流に位置し、エンジンセンタボディ２５６を円周方向に囲繞する。衝撃波管装置２５４は、パルスデトネーション・オーグメンタ吸入側２５０及びパルスデトネーション・オーグメンタ吐出側２５２の間に延びる複数の衝撃波管（図示せず）を含む。衝撃波管は、パルスデトネーション装置２０２に入る燃料及び空気が混合し爆轟してエンジン２００から推力を供給することができるようにする。
【００１８】パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２は、吸入側２６０、吐出側２６２及び衝撃波管装置２６４を含む。吸入側２６０は、吐出側２６２の上流に位置し、エンジンセンタボディ２６６を円周方向に囲繞する。吸入側２６０は、環状の吸入口２６８を含み、空気流がパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２に入ることを可能にする。衝撃波管装置２６４は、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体吸入側２６０及びパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体吐出側２６２の間に延びて、エンジン中心線２０４の周りの円周方向に配置された複数の衝撃波管（図示せず）を含む。
【００１９】衝撃波管は、パルスデトネーション装置２０２に入る燃料及び空気が混合して爆轟することができるようにする。衝撃波管は、また高温の燃焼ガスをパルスデトネーション・オーグメンタ２４０に導く。パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２は、エンジン１００（図３に示す）のコアエンジン１１０（図３に示す）のようなコアエンジンと置換わる。
【００２０】補助タービン装置２３０は、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０及びパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２の間に配置される。従って、補助タービン装置のタービン２３２は、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０及びパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２と流れ連通している。冷却空気ポンプ２７０が、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２から半径方向内側に配置されて、冷却空気を補助タービン装置２３０に供給する。冷却空気ポンプ２７０は、タービン２３２を前部ファン２１４と接続する軸（図示せず）上に配置される。
【００２１】エンジン２００は、また補助タービン装置のタービン２３２の上流に配置されたエゼクタ／ミキサ２７２を含む。エゼクタ／ミキサ２７２は、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２から流出して、タービン２３２に流れる高温高圧ガスの混合気を制御する。エゼクタ／ミキサ２７２は、またパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２を通して流れる冷却空気量を制御し、従って、タービン２３２がエンジン始動運転状態からエンジンの最大出力運転状態まで効率よく運転されることを可能にする。１つの実施形態において、エンジン２００は、また衝撃波管流れ調節スケジュール（図示せず）及び吸入口流れ／衝撃波管運転帯域スケジュール（図示せず）を組み込まれ、タービン２３２がエンジン運転状態の範囲全体を通して機能することを可能にする。
【００２２】補助ラムダクト及びバルブ装置２８０が、パルスデトネーション装置２０２から半径方向外側に配置され、エンジン２００の吸入側２８２からパルスデトネーション・オーグメンタ２４０まで延びる。補助ラムダクト及びバルブ装置２８０は、補助ラムダクト２８４及びラム空気バルブ２８６を含む。ラムダクト２８４は、吸入口案内翼２２０及び前部ファン２１４を囲繞し、吸入口案内翼２２０の上流の空気を受入れるための吸入口２８７を含む。吸入口２８７は、環状でラムダクト２８４と流れ連通している。ラム空気バルブ２８６は、ラムダクト２８４の内部に配置されて、補助ラムダクト及びバルブ装置２８０を通るラム空気の流れを選択的に制御可能である。低飛行速度モードの運転中に、ラム空気バルブ２８６は閉じられて、ラム空気がラムダクト２８４を通してエンジン２００中に流れるのを阻止する。マッハ３からマッハ５までの間の中程度の超音速マッハ数飛行速度運転中には、ラム空気バルブ２８６は開かれて、ラムダクト２８４を通してラム空気がエンジン２００中に流れるのを可能にする。ラム空気バルブ２８６は、また中間位置に位置決め可能であり、ラムダクト２８４中を流れる空気流量を制御する。
【００２３】エンジン２００は、また酸化剤噴射装置（図４には示さず）も含む。酸化剤噴射装置は、第１パルスデトネーション・オーグメンタ２４０の上流に位置し、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０と流れ連通し、酸化剤（図示せず）をエンジン２００中に導入でき、エンジン２００がロケットモードの運転で大気と宇宙の境界またはそれを越えた飛行高度で運転されることを可能にする。１つの実施形態において、酸化剤は液体酸素である。若しくは、酸化剤は液体空気である。
【００２４】動力が供給されるファンモードの運転または低飛行速度モードの運転中に、ラム空気バルブ２８６は閉じられて、空気流がラムダクト２８４に入るのを阻止され、代わりに空気流はエンジン２００に入り、前部ファン２１４を通過する。空気流は、前部ファン２１４から軸方向にパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体吸入口２６８中に放出される。空気がパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２に入ると、燃料がパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２中に導入される。パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体衝撃波管は、空気及び燃料を混合し、その混合気を爆轟させ、従ってパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２を通る流れの温度及び圧力を増大させる。
【００２５】動力が供給されるファンモードの運転中に、エゼクタ／ミキサ２７２が、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２から流出してタービン２３２に流れる高温高圧ガスの混合気を調整する。エゼクタ／ミキサ２７２は、またパルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２を通して流れる冷却空気量も調整して、タービン２３２がエンジン２００の内部で作動できるようにする。従って、かかる動力が供給されるファンモードの運転中に、高温ガスの一部分が、タービン２３２の周りのエゼクタ／ミキサ２７２を通して導かれ、タービン２３２がエンジン始動運転状態からエンジンの最大出力運転状態まで作動することを可能にする。かかるモードの運転中には、タービン２３２が、前部ファン２１４を駆動する。
【００２６】高温ガスは、パルスデトネーション・コア置換オーグメンタ組立体２４２からパルスデトネーション・オーグメンタ２４０中に放出される。追加の燃料が、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０中に導入され、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０は高温のガス混合気と燃料を混合し、その混合気を爆轟させる。混合気を爆轟させれば、追加の温度及び圧力上昇が生じて、エンジン２００からの推力が発生する。動力が供給されたファンモードの運転は、エンジン２００がほぼマッハ３までの飛行速度運転の推力を発生することができるようにする。
【００２７】図５は、ラムダクトモード運転におけるターボファンエンジン２００の断面図である。ラムダクトモード運転は、エンジン２００がほぼマッハ３からマッハ６までの間の飛行速度で運転されることを可能にする。ラムダクトモード運転中に、吸入口案内翼２２０が、回転されて閉じた位置になり、空気流が前部ファン２１４に入るのを実質的に阻止して、前部ファン２１４及び補助タービン装置２３０を実質的に覆い込む。ラム空気バルブ２８６が回転されて開かれ、ラム空気がラムダクト２８４に入りパルスデトネーション装置２０２に流れるようにする。燃料が、パルスデトネーション・オーグメンタ２４０の内部のパルス・デトネーション装置２０２に導入されて、ラムダクト２８４から流出するラム空気と混合される。燃料／空気混合気が、点火されて、燃焼ガスを発生しエンジン２００の推力を発生する。補助の熱交換器（図示せず）が、冷却空気を供給し、覆い込まれた前部ファン２１４及び補助タービン装置２３０を冷却する。
【００２８】図６は、ロケットモードの運転中で示され、酸化剤噴射サブシステム２９０を含むターボファンエンジン２００の断面図である。ロケットモード運転により、エンジン２００は、大気と宇宙の境界の飛行高度及びマッハ６より大きい飛行速度で運転されることが可能になる。ロケットモード運転中には、吸入口案内翼２２０は、閉じられた位置に回転されたままになっていて、空気流が前部ファン２１４及び補助タービン装置２３０に入るのを実質的に阻止する。ラム空気バルブ２８６が、回転されて閉じられ、ラム空気がラムダクト２８４及びパルスデトネーション装置２０２に入るのを阻止される。酸化剤噴射装置２９０が、酸化剤（図示せず）をパルスデトネーション装置２０２に導入して、酸化剤をパルスデトネーション・オーグメンタ２４０に向かって下流に導く。酸化剤は、噴射燃料と混合されて、エンジン２００からの推力を発生し、また運転中のエンジン２００を冷却するのに役立つ。
【００２９】上述のパルスデトネーション装置は、ターボ機械を使用せずにエンジン推力を発生する少なくとも１つのパルスデトネーション・オーグメンタを含む。結果として、パルスデトネーション装置を用いるエンジンは、パルスデトネーション装置を使用せずに運転する基準エンジンに勝る増大された推力を得る。結果として、パルスデトネーション装置が設けられることで、エンジンを広い範囲の運転飛行速度にわたって高い効率及び性能で運転することが可能になる。
【００３０】本発明は、様々な特定の実施形態の観点から述べられてきたが、本発明は特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変形形態で実施が可能であることは、当業者には明らかであろう。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００４１５４２
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
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| 【出願日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 研一
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５１５（Ｐ２００１−３５５５１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−９７８１４（Ｐ２００１−９７８１４） |
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