JP2006044976A

JP2006044976A - 固体ロケットモータ用推進薬の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2006044976A
Application number: JP2004226877A
Authority: JP
Inventors: Aporo Fukuchi; 亜宝郎福地; Hiroaki Iwata; 洋昭岩田
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】固体ロケットモータにおいて、推進薬の内部やモータケースとの境界面や中子との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分が生じることを防止する。
【解決手段】本発明に係る固体ロケットモータ用推進薬の製造装置は、成形容器としてのモータケース１、モータケース１を収納するモータケース収納容器４、モータケース１に充填するスラリー状の推進薬を蓄えておく推進薬収納容器１１、推進薬に内孔を形成するためスラリー状の推進薬を充填する前にモータケース１内に設置しておく中子６、モータケース収納容器４内の空気を排気するための排気管５、及び推進薬収納容器１１に蓄えられたスラリー状の推進薬３をモータケース１に移送するための推進薬移送管１２により構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体ロケットモータ用推進薬の製造装置及び製造方法に関する。

固体ロケットモータとは、固体燃料を使用したロケット推進機関のことをいい、一般に固体燃料のことを固体推進薬と呼ぶ。

固体ロケットモータは、固体推進薬を収納し、推進薬が燃焼する際に発生する高圧ガスに耐えることができるモータケース、高温高圧の燃焼ガスからモータケースを熱保護するためのインシュレーション、高温高圧の燃焼ガスを超音速ガス流としてモータケースの外部へ排出することにより推進力を得るノズル、および推進薬に点火するためのイグナイターから構成される。
このような固体ロケットモータは液体ロケットに比べて構造が簡単で可動部分がないため、信頼性が高く、取り扱いも容易であり、推進薬を充填したまま長期保存することもできるという利点を有している。更に、固体推進薬を使用した固体ロケットは液体ロケットに比べ短時間に大推力を出すことができるという特徴も有している。

このような特徴を有する固体ロケットモータは、人工衛星打ち上げ用ロケットのメインモータや推力増強のための補助ロケットモータとして、あるいは防衛用のミサイル推進機関やロケット弾として、更には各種制御用スラスタとして幅広く使用されている。

固体ロケットモータの推進薬は、ダブルベース系推進薬とコンポジット系推進薬の二つに大別することができる。ダブルベース系推進薬は、一般的にはニトロセルロース、ニトログリセリン、及び/又は他の硝酸エステルから構成されるものであり、コンポジット系推進薬は、ポリブタジエン等のバインダー、過酸化アンモニュウム等の酸化剤、アルミ粉末等の助燃剤から構成される。

固体ロケットモータでは、作動中時々刻々変化する推進薬の燃焼面積によって発生する燃焼ガスの量が決まり、この燃焼ガスの量によって推進力が変化する。従って、この燃焼面積の変化を、必要とする推進力のパターンに合わせるために推進薬の内部に種々の形状(グレイン形状ともいう)をした内孔を設けたり、または内孔を設けずに端面から順次燃焼させたりする(端面燃焼モータ)ようにしている。

このような固体ロケットモータの推進薬製造工程において、推進薬内部やグレイン形状を形成するための中子と推進薬との境界面に推進薬の無い空洞や欠落部分があると、推進薬の燃焼面積が変化し、推力パターンが予め定めたパターンから外れてしまったり、または急激な燃焼圧力の上昇を引き起こしたりして、固体ロケットモータの破壊に至る場合もあり、推進薬としては致命的な欠陥となる。従って、固体ロケットモータ用推進薬を製造する際には、このような空洞や欠け部分が生じないようにしなければならない。

図４は、内孔を有する構造の推進薬を製造するための、従来の固体ロケットモータ用推進薬製造装置の構成を示した図である。

図４に示すように、この推進薬製造装置は、モータケース８１、推進薬供給配管８２、真空チャンバー８４、排気管８５及び中子８６からなる。

モータケース８１は、推進薬を成形する成形容器としての機能を果たすと共に、推進薬を充填して、固体ロケットモータを構成する。真空チャンバー８４は、チャンバー内にモータケース８１を保持し、真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管８５を介してチャンバー内の空気を排気し、真空チャンバー８４内及び、真空チャンバー８４内に収納されたモータケース８１内を負圧に維持する機能を持つ。

スラリー状推進薬８３は、推進薬供給配管８２を介して、真空チャンバー８４内に保持され、中子8６をセットしたモータケース８１内に上部から流し込まれる。流し込みが完了した後に、真空チャンバー８４を大気圧に戻し（したがって、モータケース８１も大気圧に戻し）、加温硬化させた後、中子８６を引き抜き、推進薬の成形・製造を完了する。
特開平７−１１９５４８号公報

このような従来の製造装置では、上部からスラリー状推進薬を流し込むこととしている。この過程において、モータケース内に蓄積したスラリー状推進薬の液面の上にさらにスラリー状推進薬が液滴となって滴下することとなる。このため、この液面の揺れ動きや液滴の跳ね返りなどが起こり、そのため、推進薬の内部やモータケースとの境界面や中子との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分が生じることがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、モータケース内にスラリー状推進薬を充填する過程において、モータケース内に生じる液面の揺れ動きや液面の跳ね返りなどが起こらないようして、推進薬の内部等に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分が生じることを防止した固体ロケットモータ用推進薬の製造装置及び製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る固体ロケットモータ用推進薬の製造装置は、成形容器内にスラリー状の推進薬を充填して硬化させることにより、固体ロケットモータ用推進薬を成形する、固体ロケットモータ用推進薬の製造装置であって、前記成形容器下部に設けられた開口から当該成形容器に前記スラリー状の推進薬を充填することを特徴とする。

また、本発明に係る固体ロケットモータ用推進薬の製造方法は、成形容器内にスラリー状の推進薬を充填して硬化させることにより、固体ロケットモータ用推進薬を成形する、固体ロケットモータ用推進薬の製造方法であって、前記成形容器下部に設けられた開口から当該成形容器に前記スラリー状の推進薬を充填するステップを具備することを特徴とする。

上記のように、本発明に係る固体ロケットモータ用推進薬の製造装置又は製造方法によれば、成形容器下部からスラリー状の推進薬を充填するので、推進薬を充填する過程において、成形容器内における推進薬液面の揺れ動きや液滴の跳ね返りがなく、推進薬の内部や形成容器との境界面や中子との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を防止することができる。

図１は、実施例１の概略構成図である。

図１に示すように、実施例１における固体ロケットモータ用推進薬の製造装置は、成形容器としてのモータケース１、モータケース１を収納するモータケース収納容器４、モータケース１に充填するスラリー状の推進薬を蓄えておく推進薬収納容器１１、推進薬に内孔を形成するためスラリー状の推進薬を充填する前にモータケース１内に設置しておく中子６、モータケース収納容器４内の空気を排気するための排気管５、及び推進薬収納容器１１に蓄えられたスラリー状の推進薬３をモータケース１に移送するための推進薬移送管１２から構成される。

図２は、モータケース１内に設置しておく中子６の断面図である。

図２に示すように、中子６は軸方向に沿って半径方向に突き出た突起３１を有する構造になっている。したがって、モータケース１に中子６をセットした状態で推進薬を充填し、加熱硬化させた後、中子６を引き抜くと、モータケース１内の推進薬にフィン状に中心軸に向かって内向きに突き出た突起（ウェブ）を有する孔ができることになる。

モータケース１は、両方の端部に開口が設けられた円筒形状となっており、一方の開口を上部にして中心軸を垂直にしてモータケース収納容器４内に収納される。そして、中子６は、モータケース１の中心軸と軸を共通にしてモータケース１の上部開口からケース内に挿入され設置される。また、モータケース１の下部の開口は推進薬移送管6２に接続される。

モータケース収納容器４には、排気管５が設けられ、この排気管５は真空ポンプ等の減圧装置（不図示）に接続されている。

推進薬移送管１２は、一方の端が推進薬収納容器１１の下部に接続され、他方の端はモータケース収納容器４を貫通して、モータケース１の下部開口に接続されている。ここで、モータケース収納容器４における推進薬移送管１２の貫通部は容器の気密性を保つためシールされている。

推進薬収納容器１１は、下部に推進薬移送管１２が接続され、モータケース１と連通している。推進薬収納容器１１にはスラリー状の推進薬３が蓄えられており、あらかじめ推進薬収納容器１１を減圧し、蓄えられたスラリー状の推進薬３に含まれる気泡を除去しておく。

推進薬の製造は下記のように行う。なお、ここでは、モータケース１内に直接スラリー状の推進薬３を充填し成形する直填方式を採用している。

まず、排気管５介してモータケース収納容器４を減圧すると、モータケース１の上部開口から大気がモータケース収納容器４内に放出されるので、モータケース１も減圧され、負圧となる。

一方、推進薬収納容器１１は大気圧になっているので、モータケース１が負圧となると、推進薬収納容器１１とモータケース１との間で圧力差が生じる。このため、推進薬収納容器１１に収納されていたスラリー状の推進薬３が、推進薬移送管１２を介してモータケース１の下部に設けられた推進薬移送管１２との接続口からモータケース１内に徐々に吸い上げられる。

スラリー状の推進薬３が徐々に吸い上げられるにつれてモータケース１内で推進薬の液面が徐々に上昇してゆき、それにつれて、中子６との境界面に推進薬が徐々に浸透してゆく。そして、この液面が所定のレベルに到達したとき、すなわち推進薬の充填が完了したとき、モータケース収納容器４の減圧を停止し、モータケース収納容器４及びモータケース１を大気圧に戻す。

モータケース１の器内圧が大気圧になると、推進薬収納容器１１との圧力差がなくなるので、スラリー状の推進薬３のモータケース１への供給は停止される。また、大気圧により、推進薬３の内部に細かな泡状の空洞が出来たとしてもこれらの空洞はつぶされる。

スラリー状の推進薬３の供給が停止された後、モータケース１と推進薬移送管１２との接続を切り離し、モータケース１を加熱して、モータケース１内の推進薬を加熱固化させ、推進薬が固化された後中子６を抜き取り、推進薬が完成する。

なお、前述の通りここでは、成形容器としてのモータケース１内に直接スラリー状の推進薬３を充填し成形する直填方式を採用したが、推進薬３を成形容器内で成形固化した後、推進薬３を成形容器から抜き取り、モータケース１内に装入するブロックボンディング方式を適用することも可能である。

また、推進薬収納容器１１からスラリー状の推進薬３をモータケース１に供給する場合において、推進薬収納容器１１を大気圧以上に加圧しても良い。

このように、実施例１によれば、モータケース１下部からスラリー状の推進薬３を充填するので、推進薬３を充填する過程において、モータケース１内における推進薬液面の揺れ動きや液滴の跳ね返りがなく、推進薬３の内部やモータケース１との境界面や中子６との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を防止することができる。

また、スラリー状の推進薬３の液面が一定水平面を保ったまま徐々に上昇してゆき、それにつれて、中子６との境界面に推進薬３が定速度で徐々に浸透してゆく。したがって、推進薬液面の揺れ動きがある場合に比べて、中子６との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を少なくすることができるので、特にウェブの厚さの薄い推進薬形状の固体ロケットモータに有効である。

さらに、あらかじめ推進薬収納容器１１を減圧し、蓄えられたスラリー状の推進薬３に含まれる気泡を除去しておくので、モータケース１に充填された推進薬３の内部に気泡が発生しにくくなる。

また、推進薬収納容器１１を大気圧以上に加圧すれば、推進薬移送管１２が長い等の理由により、配管抵抗が大きい場合でも、スラリー状の推進薬３の移送が容易となる。

図３は、実施例２の概略構成図である。

実施例２は、モータケース収納容器を用いずにモータケースを減圧して、ケース内に推進薬を充填するものである。

図３に示すように、実施例２における固体ロケットモータ用推進薬の製造装置は、成形容器としてのモータケース５１、モータケース５１に充填するスラリー状の推進薬を蓄えておく推進薬収納容器６１、推進薬に内孔を形成するためスラリー状の推進薬を充填する前にモータケース５１内に設置しておく中子５６、モータケース５１内の空気を排気するための排気管５５、及び、推進薬収納容器６１に蓄えられたスラリー状の推進薬５３をモータケース５１に移送するための推進薬移送管６２から構成される。

実施例１の場合と同様に、中子５６は軸方向に沿って半径方向に突き出た突起を有し、モータケース５１に中子５６をセットした状態で推進薬を充填する。そして、加熱硬化させた後、中子５６を引き抜くと、モータケース５１内の推進薬にフィン状に中心軸に向かって内向きに突き出た突起（ウェブ）を有する孔ができることになる。

モータケース５１は、両方の端部に開口が設けられた円筒形状となっており、一方の開口を上部にして中心軸を垂直にして設置され、中子５６が、モータケース５１の中心軸と軸を共通にしてモータケース５１の上部開口からケース内に挿入される。さらにモータケース５１の上部開口には排気管５５が設けられる。この上部開口部と排気管５５との接続部、及び、中子５６が開口部から突き出る部分は、この部分から空気が漏れないようシールされる。また、モータケース５１の下部の開口は推進薬移送管１２に接続される。なお、モータケース５１に設けられた排気管５５は真空ポンプ等の減圧装置（不図示）に接続されている。

推進薬収納容器６１は、下部に推進薬移送管６２が接続され、モータケース５１と連通している。推進薬収納容器６１にはスラリー状の推進薬５３が蓄えられており、あらかじめ推進薬収納容器６１を減圧し、蓄えられたスラリー状の推進薬５３に含まれる気泡を除去しておく。

推進薬の製造は下記のように行う。なお、ここでは、モータケース５１内に直接スラリー状の推進薬５３を充填し成形する直填方式を採用している。

まず、排気管５５介してモータケース５１を減圧すると、推進薬収納容器６１は大気圧になっているので、推進薬収納容器６１とモータケース５１との間で圧力差が生じる。このため、推進薬収納容器６１に収納されていたスラリー状の推進薬５３が、推進薬移送管６２を介してモータケース５１の下部に設けられた推進薬移送管６２との接続口からモータケース５１内に徐々に吸い上げられる。

スラリー状の推進薬５３が徐々に吸い上げられるにつれてモータケース５１内で推進薬の液面が徐々に上昇してゆき、それにつれて、中子５６との境界面に推進薬５３が徐々に浸透してゆく。そして、この液面が所定のレベルに到達したとき、すなわち推進薬の充填が完了したとき、モータケース５１の減圧を停止し、モータケース５１の器内圧を大気圧に戻す。

モータケース５１の器内圧が大気圧になると、推進薬収納容器６１との圧力差がなくなるので、スラリー状の推進薬５３のモータケース５１への供給は停止される。また、大気圧により、推進薬５３の内部に細かな泡状の空洞が出来たとしてもこれらの空洞はつぶされる。

スラリー状の推進薬５３の供給が停止された後、モータケース５１と推進薬移送管６２との接続を切り離し、モータケース５１を加熱して、モータケース５１内の推進薬を加熱固化させ、推進薬が固化された後中子５６を抜き取り、推進薬が完成する。

なお、前述の通りここでは、成形容器としてのモータケース５１内に直接スラリー状の推進薬５３を充填し成形する直填方式を採用したが、推進薬５３を成形容器内で成形固化した後、推進薬５３を成形容器から抜き取り、モータケース５１内に装入するブロックボンディング方式を適用することも可能である。

また、推進薬収納容器６１からスラリー状の推進薬５３をモータケース５１に供給する場合において、推進薬収納容器６１を大気圧以上に加圧しても良い。

このように、実施例２によれば、モータケース５１下部からスラリー状の推進薬５３を充填するので、推進薬５３を充填する過程において、モータケース５１内における推進薬液面の揺れ動きや液滴の跳ね返りがなく、推進薬５３の内部やモータケース５１との境界面や中子５６との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を防止することができる。

また、スラリー状の推進薬５３の液面が一定水平面を保ったまま徐々に上昇してゆき、それにつれて、中子５６との境界面に推進薬５３が定速度で徐々に浸透してゆく。したがって、推進薬液面の揺れ動きがある場合に比べて、中子５６との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を少なくすることができるので、特にウェブの厚さの薄い推進薬形状の固体ロケットモータに有効である。

さらに、あらかじめ推進薬収納容器６１を減圧し、蓄えられたスラリー状の推進薬５３に含まれる気泡を除去しておくので、モータケース５１に充填された推進薬５３の内部に気泡が発生しにくくなる。

また、推進薬収納容器６１を大気圧以上に加圧すれば、推進薬移送管６２が長い等の理由により、配管抵抗が大きい場合でも、スラリー状の推進薬５３の移送が容易となる。

さらに、モータケース収納容器が不要となるので、設備設置スペースが少なくてすみ、製造コストを下げることが出来る。

以上説明したように、本発明に係る固体ロケットモータ用推進薬の製造装置又は製造方法は、成形容器下部からスラリー状の推進薬を充填するので、推進薬を充填する過程において、成形容器内における推進薬液面の揺れ動きや液滴の跳ね返りがなく、推進薬の内部や形成容器との境界面や中子との境界面に推進薬のない小さな空洞状の欠け部分の発生を防止することができるので、固体ロケットモータの品質の向上に貢献することが出来る。

実施例１の概略構成図である。モータケース内に設置しておく中子６の断面図である。実施例２の概略構成図である。従来の固体ロケットモータ用推進薬装置の構成を示した図である。

符号の説明

１モータケース
３スラリー状の推進薬
４モータケース収納容器
５排気管
６中子

Claims

成形容器内にスラリー状の推進薬を充填して硬化させることにより、固体ロケットモータ用推進薬を成形する、固体ロケットモータ用推進薬の製造装置であって、
前記成形容器下部に設けられた開口から前記スラリー状の推進薬を当該成形容器に充填することを特徴とする、固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
前記成形容器の上部に設けられた開口から吸気し、当該成形容器内を負圧にし圧力差を利用して当該成形容器に前記スラリー状の推進薬を充填することを特徴とする、請求項１に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
前記成形容器を成形容器収納容器に収納し、当該成形容器収納容器を負圧にすることで、当該成形容器を負圧にすることを特徴とする、請求項２に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
あらかじめ混和した前記スラリー状の推進薬を収納する推進薬収納容器を具備し、
当該推進薬収納容器と、前記成形容器下部に設けられた開口とを連通したことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
あらかじめ前記推進薬収納容器を減圧し、当該推進薬収納容器内のスラリー状の推進薬を脱泡しておくことを特徴とする、請求項４に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
前記推進薬収納容器を加圧し、当該推進薬収納容器内のスラリー状の推進薬を前記成形容器に圧送することを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
前記成形容器はモータケースであることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造装置。
成形容器内にスラリー状の推進薬を充填して硬化させることにより、固体ロケットモータ用推進薬を成形する、固体ロケットモータ用推進薬の製造方法であって、
前記成形容器下部に設けられた開口から前記スラリー状の推進薬を当該成形容器に充填するステップを具備することを特徴とする、固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
前記成形容器の上部に設けられた開口から吸気し、当該成形容器内を減圧するステップと、
圧力差を利用して当該成形容器に前記スラリー状の推進薬を充填するステップとを具備することを特徴とする、請求項８に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
前記成形容器を成形容器収納容器に収納し、当該成形容器収納容器を減圧するステップを具備することを特徴とする、請求項９に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
推進薬収納容器を具備し、あらかじめ混和した前記スラリー状の推進薬を当該推進薬収納容器に収納するステップと、
当該推進薬収納容器と前記成形容器下部に設けられた開口とを連通する推進薬移送管を介して、圧力差を利用して前記スラリー状の推進薬を前記成形容器に移送するステップとを具備することを特徴とする、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
あらかじめ前記推進薬収納容器を減圧し、当該推進薬収納容器内のスラリー状の推進薬を脱泡するステップを具備することを特徴とする、請求項１１に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
前記推進薬収納容器を加圧し、当該推進薬収納容器内のスラリー状の推進薬を前記成形容器に圧送するステップを具備することを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。
前記成形容器はモータケースであることを特徴とする、請求項８乃至請求項１３のいずれか１項に記載の固体ロケットモータ用推進薬の製造方法。