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技術 低減された重量を有する改良された流れ制御装置

出願人 サフランエアークラフトエンジンズ
発明者 フィリップノメランジュ
出願日 2015年5月20日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2016-568931
公開日 2017年7月6日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-518467
状態 特許登録済
技術分野 ジエット推進設備 流体駆動弁
主要キーワード 供給調整器 可動側壁 二次系統 変形部品 補助構成要素 磁性形状記憶合金 内側断面 密閉要素
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

導管1内の気体の流量を調整するための装置であって、前記装置は、作動器3を有する弁部材2を具備し、前記弁部材2が選択的に前記導管1を遮断するように形成される装置において、前記弁部材2の動作が、第一に前記弁部材2の基端面21に作用する前記弁部材2から上流側の前記導管1内の圧力の結果によって、第二に前記弁部材2の前記基端面21より大きな面積の前記弁部材2の末端面22へ与えられる制御圧力の結果によって制御され、前記制御圧力は、供給管41及び排出管51を有する増幅室31において達成され、前記供給管及び排出管41,51の一方は一定の流量を与え、他方は制御手段53によって制御される可変の流量を与えることを特徴とする装置。

概要

背景

推力低温ロケットエンジンは、特に、このようなエンジンにおいて使用されるような流量調整のための要素に関して、特に構成要素の寸法上の制約に関連する幾つかの問題を与える。

特に、エンジンの二次系統の多くは、多数の部品のために、エンジンを通過する流体質量流量に依存する大きさ及びゆえに重量を与える。このような二次系統は、こうして、エンジンの最大推力の増大につれて相対的には減少する重量を与える。

これに対して、気体流量を調整するための装置のような他の二次系統は、大いに、使用される技術に関するインタフェース機能要求、及び、制約のような他の因子にも依存する重量である。

より正確には、一般に使用される種類の電気制御気体流量調整装置にとって、幾つかの構成要素、
速度を減少させて発生する力を増幅するための要素を使用することによって最小化される寸法の電気モータであって、それでも、不可能となる限界の大きさと、効率損失モータからの力を増大することによってももはや補うことができない実際的な限界が存在する電気モータと、
主に、例えば、遊星歯車列遊星歯車装置、又は、変形部品を有する装置のような使用される技術に依存する大きさ及び重量の速度を減少させて発生力を増幅する要素と、
流量調整装置を通過する流量に影響されない大きさのセンサ密閉要素コネクタのような補助構成要素と、が流量調整の機能を実施可能とするために必要とされる。

ある特許文献には、例えば、弁部材の対向面に与えられる圧力を調整することによって制御されるロケットエンジンのための流量調整弁を提供する点が開示されています(例えば、特許文献1参照。)。それでも、この特許文献において提案された構造は、大きさに関して満足されず、さらに、弁の本体に設けられる多数の導管のために実施に関して問題がある。

こうして、気体流量調整装置の小型化は、この装置が、それを通過する流体流量の減少につれて大きさ及び重量を満足するように低減することができない問題がある。

概要

導管1内の気体の流量を調整するための装置であって、前記装置は、作動器3を有する弁部材2を具備し、前記弁部材2が選択的に前記導管1を遮断するように形成される装置において、前記弁部材2の動作が、第一に前記弁部材2の基端面21に作用する前記弁部材2から上流側の前記導管1内の圧力の結果によって、第二に前記弁部材2の前記基端面21より大きな面積の前記弁部材2の末端面22へ与えられる制御圧力の結果によって制御され、前記制御圧力は、供給管41及び排出管51を有する増幅室31において達成され、前記供給管及び排出管41,51の一方は一定の流量を与え、他方は制御手段53によって制御される可変の流量を与えることを特徴とする装置。

目的

ある特許文献には、例えば、弁部材の対向面に与えられる圧力を調整することによって制御されるロケットエンジンのための流量調整弁を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

導管(1)内の気体の流量を調整するための装置であって、前記装置は、作動器(3)を有する弁部材(2)を具備し、前記弁部材(2)が選択的に前記導管(1)を遮断するように形成される装置において、前記弁部材(2)の動作が、第一に前記弁部材(2)の基端面(21)に作用する前記弁部材(2)から上流側の前記導管(1)内の圧力の結果によって、第二に前記弁部材(2)の前記基端面(21)より大きな面積の前記弁部材(2)の末端面(22)へ与えられる制御圧力の結果によって制御され、前記制御圧力は、供給管(41)及び排出管(51)を有する増幅室(31)において達成され、前記供給管及び排出管(41,51)の一方は一定の流量を与え、他方は制御手段(53)によって制御される可変の流量を与えることを特徴とする装置。

請求項2

前記増幅室(31)は、前記弁部材(2)の前記基端面(21)へ接続された一端部(32)と、不動のもう一つの端部(33)とを有する蛇腹部材によって形成される請求項1に記載の装置。

請求項3

前記導管(1)は、整列されない上流部分(13)及び下流部分(14)を有し、前記弁部材(2)は、前記弁部材(2)の前記基端面(21)が前記導管(1)の前記上流部分(13)の内側断面に一致するように、前記上流部分(13)に整列されて摺動可能に取り付けられる請求項1又は2に記載の装置。

請求項4

前記制御手段(53)は、圧電セラミック作動器と、機械増幅を伴う圧電式作動器と、磁歪作用作動器と、与えられる外部的な電場又は磁場による変形制御磁性形状記憶合金を使用する作動器とから選択される請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。

請求項5

前記増幅室(1)は、前記弁部材(2)から上流側の前記導管(1)から取り出された気体で満たされる請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、気体流量を調整するための装置の分野に関し、低推力ロケットエンジンにおいて特別の利用を見出す

背景技術

0002

低推力低温ロケットエンジンは、特に、このようなエンジンにおいて使用されるような流量調整のための要素に関して、特に構成要素の寸法上の制約に関連する幾つかの問題を与える。

0003

特に、エンジンの二次系統の多くは、多数の部品のために、エンジンを通過する流体質量流量に依存する大きさ及びゆえに重量を与える。このような二次系統は、こうして、エンジンの最大推力の増大につれて相対的には減少する重量を与える。

0004

これに対して、気体流量を調整するための装置のような他の二次系統は、大いに、使用される技術に関するインタフェース機能要求、及び、制約のような他の因子にも依存する重量である。

0005

より正確には、一般に使用される種類の電気制御気体流量調整装置にとって、幾つかの構成要素、
速度を減少させて発生する力を増幅するための要素を使用することによって最小化される寸法の電気モータであって、それでも、不可能となる限界の大きさと、効率損失モータからの力を増大することによってももはや補うことができない実際的な限界が存在する電気モータと、
主に、例えば、遊星歯車列遊星歯車装置、又は、変形部品を有する装置のような使用される技術に依存する大きさ及び重量の速度を減少させて発生力を増幅する要素と、
流量調整装置を通過する流量に影響されない大きさのセンサ密閉要素コネクタのような補助構成要素と、が流量調整の機能を実施可能とするために必要とされる。

0006

ある特許文献には、例えば、弁部材の対向面に与えられる圧力を調整することによって制御されるロケットエンジンのための流量調整弁を提供する点が開示されています(例えば、特許文献1参照。)。それでも、この特許文献において提案された構造は、大きさに関して満足されず、さらに、弁の本体に設けられる多数の導管のために実施に関して問題がある。

0007

こうして、気体流量調整装置の小型化は、この装置が、それを通過する流体流量の減少につれて大きさ及び重量を満足するように低減することができない問題がある。

先行技術

0008

米国特許第6233919号明細書

0009

これらの様々な問題の少なくとも一部に対応するために、本発明は、導管内の気体の流量を調整するための装置を提案し、この装置は、作動器を有する弁部材を具備し、弁部材は、選択的に導管を遮断するように形成され、本装置は、弁部材の動作が、第一に弁部材の基端面に作用する弁部材から上流側の導管内の圧力の結果によって、第二に弁部材の基端面より大きな面積の弁部材の末端面へ与えられる制御圧力の結果によって制御され、前記制御圧力は、供給管及び排出管を有する増幅室において達成され、前記供給管及び排出管の一方は一定の流量を与え、他方は制御手段によって制御される可変の流量を与えることが特徴とされる。

0010

特定の実施形態において、増幅室は、弁部材の基端面へ接続された一端部と、不動のもう一つの端部とを有する蛇腹部材によって形成される。

0011

導管は、一般的に、整列されない上流部分及び下流部分を有し、弁部材は、弁部材の基端面が導管の上流部分の内側断面に一致するように、上流部分に整列されて摺動可能に取り付けられる。

0012

特定の実施形態において、制御手段は、以下の作動器、圧電セラミック作動器と、機械的増幅を伴う圧電式作動器と、磁歪作用作動器と、与えられる外部的な電場又は磁場による変形制御磁性形状記憶合金を使用する作動器とから選択される。

0013

特定の実施形態において、増幅室は、弁部材から上流側の導管から取り出された気体で満たされる。
本発明の他の特徴、目的、及び、利点は、単なる例示で非限定の以下の記述から明らかになり、この記述は添付図1を参照して読まれる方が良い。

図面の簡単な説明

0014

本発明の態様における調整装置を示す図である。

実施例

0015

図1は、本発明の態様における調整装置の図である。この図は、気体、例えば、低温気体の流れを通過させるための導管1を示す。

0016

図1は、導管1の一部分を示し、参照番号11は、この一部分内への気体の進入路を特定し、参照番号12は、この一部分からの気体の排出路を特定する。こうして、気体は、進入路11から排出路12へ流れる。

0017

弁部材2は、可変量の気体が進入路11から排出路12へ通過するのを遮断し、又は、許容することを選択的に行うように、導管1内において位置決めされる。

0018

弁部材2の位置の関数としての流量変化(又は開口流れ断面積)に対する関係は、弁部材2回りに固定スリーブを挿入することによって適合させられることができ、このスリーブは、所望の関係に適合させられ、弁部材2の動作によって次第に覆われなくなる形状の穴によって貫通される。

0019

弁部材2は、制御装置3によって制御される。図示された実施形態において、弁部材2は、弁部材が導管1を完全に遮断する閉鎖境界位置と、導管1内の流量がその最大値となる開放境界位置との間を滑り移動するように取り付けられる。

0020

制御装置3は、圧力に応じて弁部材2を動かす。

0021

弁部材2の圧力制御は、弁部材の二つの対向面、弁部材2の基端面21及び弁部材2の末端面22へ与えられる圧力の結果である。

0022

弁部材2の基端面21は、弁部材2から上流側の気体によって発生される圧力を受ける弁部材の面である。弁部材2が導管1を遮断するときには、この圧力は、任意の損失水頭を無視して進入路11内の圧力である。弁部材2の末端面22は、基端面21から離間する弁部材2の面である。

0023

制御装置3は、有する壁の一つが弁部材2の末端面によって形成される可変容積の増幅室31を具備する。こうして、増幅室31の容積は、弁部材2の移動量に比例する。

0024

図示された実施形態において、導管1は、曲り形状であり、こうして、実質的に垂直な上流部分13と下流部分14とを有する。この例において、弁部材2は、上流部分13の軸線に沿って摺動するように取り付けられ、弁部材が上流部分13内に挿入されるときに弁部材2が上流部分を閉鎖するように、上流部分13の内側断面と同一の断面である。弁部材2の末端面22に作用する圧力は、弁部材が摺動することを引き起こすことによって上流部分13から弁部材を押し出すのに役立ち、それにより、導管1内において気体が流れることを可能とする。

0025

図示されたように、増幅室31は、不動端部壁33と、弁部材2の末端面22へ固定された可動基端部分32と、増幅室31の容積を変更するように、基端面32が端部壁33に関して移動することを可能とする可動側壁34及び35と、によって区画形成される。

0026

図示された実施形態において、側壁34及び35は、周囲媒体から増幅室31を隔離するように働く蛇腹式構造、例えば、蛇腹部材を有し、それにより、増幅室31の容積が変化することを可能とする。この構造は、さらに、それが自身の平衡長に関してどのくらい延伸されるかの関数として、それ自身の機械的剛性を有し、それにより、弁部材2上の力の釣合いに寄与して、その構造によって区画形成される空洞内の異なる圧力を確保する弁部材2のストロークに沿う各点での位置決めを可能する。

0027

増幅室31は、それぞれ、気体を増幅室31内へ供給し、増幅室から排出するように働く、供給管41及び排出管51へ接続される。増幅室31内の気体は、導管1内を流れる気体と同じであっても良く、又は、異なる気体であっても良く、又は、それどころか、液体であっても良い。増幅室31内に気体が導管1内を流れる気体と同じであるときに、供給管31及び排出管51は、一般的に、弁部材2から上流側の気体を取り出すように導管1へ接続される。

0028

供給管41は、増幅室31内へ流入する気体の流量を調整するための供給調整器42を含有し、排出管51は、増幅室31から流出する気体の流量を調節する排出調整器52を含有する。

0029

供給調整器42及び排出調整器52の一方だけが、一定の流量を提供し、同時に、他方は、制御装置の制御下で可変の流量を提供することができる調整器である。

0030

流量は、一般的に、供給調整器42又は排出調整器52を通る流れ断面積を変化させることによって変化させられる。

0031

図1に示された実施形態において、排出調整器52は、可変流量を提供する調整器であり、特に、制御手段43によって制御される可変流量減少器であり、一方、供給調整器42は、一定流量を提供し、この例において、絞り器である。以下の記述は、図1に示されたようなこの構成に関する。逆の構成も可能であり、この構成において、供給調整器42は、可変流量を提供し、制御装置によって制御され、一方、排出供給器52は、一定流量調整器である。

0032

その結果として、増幅室31内の圧力は、排出調整器52を制御する制御手段53によって直接的に制御される。こうして、この単一の制御手段53は、増幅室31内の圧力を制御するように、従って、弁部材2の動作を制御するように働く。

0033

前述されたように、弁部材2の圧力制御は、弁部材の二つの対向面、弁部材2の基端面21及び弁部材2の末端面22へ与えられる圧力の結果である。増幅室31の基端部分32が弁部材2の基端面21の面積より大きな面積を有するように形成されると共に、弁部材の末端面22は、増幅室31の基端部分32へ固定される。こうして、弁部材2の基端面21及び増幅室31の基端部分32へ同一の圧力を与えることによって、増幅室31の基端部分32のより大きな面積は、弁部材2の基端面21へ与えられる圧力から結果としてもたらされる力より大きな結果的な力を提供する。

0034

こうして、増幅室31は、ピストン2を制御するための制御圧力を増幅し、ピストン2を制御するために必要な圧力は低減される。

0035

こうして、ピストン2の動作、及び、ゆえに導管1内の流量の制御は、増幅室31の増幅機能のために小さくすることができる寸法の単一の制御手段53を使用して達成されることができる。

0036

弁部材2は、弁部材2上に作用する力の釣合いによって位置決められ、これらの力は、弁部材2から上流側の圧力及び前述されたような増幅室31内の圧力の両方からの、及び、さらに、たとえあるとしても、増幅室31を隔離する構造の壁34及び35の機械的剛性からの結果として得られる。

0037

本質的に、制御手段53も、導管1内を流れる気体に晒されず、それにより、導管1内の低温気体の流れに関連する制約によっても少なくともある程度は影響されないことを可能とする。

0038

例として、制御手段53は、圧電セラミック作動器、機械的増幅を伴う圧電式作動器、磁歪作用作動器、又は、与えられる外部磁場の制御下で変形させられることができる磁性形状記憶合金を使用する作動器である。

0039

増幅室31なしに、このような作動器は、作動器が可能とする動作及び作動装置が生じさせることができる力が不十分であるために、弁部材2の動作を制御するのに直接的に使用することができない。

0040

導管1内を流れる流体は、一般的に、気体、又は、気体例えば低温推進剤を含む二相流体である。

0041

こうして、述べられた装置は、特に、低推力低温エンジンを設計するときに、達成される重量及び大きさを十分に抑制することを可能とする。特に、提案された装置は、導管1を通過する気体の流量と作動器53の寸法との関連を失わせることを可能とし、それにより、気体流量が少ないときに重量の大幅な抑制を達成することを可能とする。

0042

さらに、提案された構造は、伝達又は動作変換機構の使用を必要とせず、こうして、設計に関して有利である。さらに、圧力の釣合いによる提案された制御は、高速の装置を得ることを可能とする。

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