JP2012507661A - 低感度ロケットモータ - Google Patents

Abstract

中心部が穿孔されている固体燃料グレインを含む固体燃料ロケットモータが開示されている。通常動作モード中に一次点火薬によって点火された場合に、中心穿孔部に面している中心表面から外に向かって燃えるように、固体燃料グレインを構成することができる。更に、安全動作モード中に二次点火薬によって点火された場合に、端部面から長手方向に燃えるように、固体燃料グレインを構成することができる。
【選択図】 図２

Description

この記述はロケットモータに関する。

ロケットとミサイルを推進させるために、固体燃料ロケットモータが、様々な構成で一般的に使用されている。更に、ミサイルやロケットやその他の発射体の姿勢と操縦とを制御するために、小さな固体燃料ロケットモータが使用される場合がある。

ロケットモータによって生成される推力又は力は、以下の式によって与えられる。

Ｆ＝ｍ_ｐ×Ｕ_ｅ＋（Ｐ_ｅ−Ｐ_ａ）×Ａ_ｅ （１）
ここで、ｍ_ｐは、推進薬の質量の流量（propellant mass flow rate）であり、
Ｐ_ｅは、ノズルの出口の圧力であり、
Ｐ_ａは、周囲温度であり、
Ａ_ｅは、ノズルの出口の面積であり、
Ｕ_ｅは、ノズルの出口面におけるガス速度である。

式（１）の右側の１つ目の項は、ロケットモータからの排気流の運動量により生じる「運動量推力」である。式（１）の右側の２つ目の項は、ノズルの出口面における圧力差による「圧力」推力である。ロケットモータは、運動量推力が全推力の主要な要素になるように、通常設計されている。

ある状況では、ロケットモータは、ノズルの出口の圧力と周囲の圧力とが等しくなるような「最適膨張比」を有するように設計され得る。この場合に、ロケットモータによって生成される推力又は力は、運動量推力のみに相当し、以下の式により与えられる。

Ｆ＝ｍ_ｐ×Ｕ_ｅ （２）
推進薬の質量の流量ｍ_ｐは以下の式により与えられる。

ｍ_ｐ＝Ａ_ｐ×Ｒ_ｂ×Ｐ_ｐ （３）
ここで、Ａ_ｐは、推進薬の表面積であり、
Ｒ_ｂは、推進薬の燃焼速度であり、
Ｐ_ｐは、推進薬の密度である。

このように、推進薬の表面積Ａ_ｐは、固体燃料ロケットによって生成される推力を制御するのに使用され得るファクターの一つである。

低感度弾薬は、不注意な点火や爆発の可能性を最小にして、不注意な点火が生じた際に、武器プラットフォームと、他の機材と、隊員とに対する、二次的なダメージの深刻さの程度を最小にする弾薬である。特に、低速又は高速加熱された場合か、砕片、弾丸、破片、又は成形装薬の衝突を受けた場合か、或いは、隣接する類似のモータの爆発を受けた場合に、低感度ロケットモータは、燃焼ほど激しく反応しないモータである。低感度弾薬に求められる必要条件は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−２１０５Ｂ、非核兵器法令に対する有害性評価テスト（Hazard Assessment Test for Non-Nuclear Ordinance）に概ね記載されている。特定のテストの必要条件は、ＮＡＴＯ標準化協定（STANAG, Standardization Agreement)の文書に記載されている。

特に、本発明は、ＳＴＡＮＡＧ４２４０とＳＴＡＮＡＧ４３８２とに規定されている「高速自然発射」テストと「低速自然発射」テストとに関する。高速自然発射テストは、船上又は弾薬庫施設内における偶発的火災をシミュレートすることを目的とする。高速自然発射テスト中に、法令は、テストのもとで、燃焼している航空機燃料のプール上で保留される。低速自然発射テストでは、反応が生じるまで、１時間当たりに３．３℃の速度で、法令の温度を上昇させる。テスト時間をできるだけ短くするために、法令の予測点火温度よりも５５℃低い温度から、テストを始めてもよい。何れのテストにおいても、許容される最も激しい反応は燃焼である。ロケットモータの場合に、モータ内の燃料を燃やすことができても、ロケットを発射させるのに十分な推力を、モータが生成しない場合がある。

通常、低感度ロケットモータは、弾丸、砕片、又は成形装薬の衝突によって点火しない推進薬物質を含んでいる。更に、通常、ロケットモータ内の圧力を制御して爆発を防ぎ、ロケットモータによって生成される推力を制限するために、低感度ロケットモータは何らかの方式を組み込んでいる。ロケットモータ内の圧力を制限する公知のやり方は、ベント又は他の形態の圧力除去装置を含む。ベント又は他の形態の圧力除去装置は、ロケットモータの外部の火災又は高温によって作動する。

従来の固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 低感度固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 通常動作モードでの点火中の低感度固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 通常動作モード中の低感度固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 安全動作モードでの点火中の低感度固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 安全動作モード中の低感度固体燃料ロケットモータの概略的断面図である。 従来のロケットモータと低感度ロケットモータとによって生成される推力を比較するグラフである。 低感度ロケットモータによって生成される推力を示すグラフである。

この記載を通じて、グラフ以外の図に示されている要素は、３桁の参照符号を割り当てられているが、上位桁は図の番号を示し、２つの下位桁は要素を特定している。図に関連して記載されていない要素は、同じ下位桁の参照符号を有する、既に記載された要素と同じ特性と機能とを有すると想定されている。

装置の説明
ここで、図１の概略的断面図を参照すると、一般に、従来のロケットモータ１００は、ケース１１０と、固体燃料の推進装薬１２０と、ノズル１４０と、点火薬１５０とを含んでいる。固体燃料の推進装薬１２０は、通常、「グレイン（grain）」と称される。この説明の中では、この用語を使用する。用語「グレイン」は、推進装薬１２０を全体として述べるために使用されているが、推進装薬の重量、推進装薬を構成している物質の粒子サイズ、又は推進装薬の表面の質感を指していないことに留意すべきである。

グレイン１２０の表面積を大きくして、より大きな推力を提供するために、多くの場合に、グレイン１２０の中に長手方向の空胴１３０を形成する。通常、長手方向の空胴１３０は、「中心穿孔部」と称される。一般に、長手方向の空胴１３０は、ケース１１０の長手方向軸に中心を置いている。グレイン１２０が点火薬１５０によって点火されると、長手方向の空胴１３０の全表面と、場合によっては、ノズル１４０に近接するグレインの端部とを含むように、燃焼域が素早く広がり得る。長手方向の開口部を有するグレイン、例えば、長手方向の空胴１３０を備えたグレイン１２０は、通常、「中心部が穿孔されたグレイン」又は「内面燃焼型グレイン」と称される。

一般に、点火薬１５０は、可燃性物質の少量の装薬であり、燃えると、所定量の高温燃焼ガスを放出する。例えば、ヒータ線(示されない)を通って流れる電流によって、点火薬の燃焼を開始させることができる。グレイン１２０に点火するために、点火薬１５０によって生成されるガスの温度と圧力との両者が、グレイン１２０を確実に点火させるのに必要な所定値を超えなければならない。

グレインの点火は、点火薬１５０に近接する端部において始まって、次に、中心穿孔部１３０の長さに沿って進むので、グレインが消耗されるときに比較的に一定の燃焼表面積を維持するために、中心穿孔部１３０を僅かにテーパにする（示されていない）ことが多い。既知のロケットモータの中心穿孔部１３０は、円形断面、「鍵穴」形断面、星形断面、フィノクル（finocyl）断面(円の中心から放射状に伸びているスロット)、又は他の断面形状を有する。

ここで、図２の概略的断面図を参照すると、低感度ロケットモータ２００は、ケース２１０と、中心穿孔部２３０を有するグレイン２２０と、ノズル２４０と、一次点火薬２５０とを含み得る。これらのコンポーネントは、従来のロケットモータ１００に関する記載と本質的に同様に機能し得る。低感度ロケットモータ２００は、抑制剤２３５を含み得る。抑制剤２３５は、中心穿孔部２３０に面しているグレイン２２０の中心表面２２２上に配置されている。更に、低感度ロケットモータ２００は、二次点火薬２６０を含み得る。二次点火薬２６０は、ノズル２４０に隣接しているグレイン２２０の端部表面２２４に、又は端部表面２２４の近くに配置されている。

グレイン２２０は、任意の固体燃料の推進薬物質であり得る。グレインは、ヒドロキシル基末端ポリブタジエン(hydroxl-terminated polybutadiene, HTPD)バインダのような、複合推進薬物質であり得る。ＨＴＰＤバインダは、過塩素酸アンモニウム酸化剤（ammonium perchlorate oxidizer）の粒子と、アルミニウム燃料の粒子とを含む。更なる例として、グレイン２２０は、ダブルベース推進薬物質であってもよい。ダブルベース推進薬物質は、主として、ニトログリセリンとニトロセルロースとから構成されている。

抑制剤２３５は、緩燃性物質又は不燃性物質の１つ以上のコーティング又は層であり得る。グレインが二次点火薬によって点火された場合に、抑制剤２３５が、下にあるグレイン表面の点火を抑制する。しかしながら、抑制剤２３５は、一次点火薬によるグレインの点火をあまり抑制しない。この機能を果たすために、より低い温度を断熱し、且つ一次点火薬２５０又はグレイン２２０の燃焼によって生成された高温ガスに直接に晒されたときに、燃えるか、蒸発するか、分解するか、又はさもなければ取り除かれる物質を、抑制剤２３５が含み得るか、或いは抑制剤２３５がこのような物質であり得る。抑制剤２３５は、グレイン２２０の中心表面２２２全体を覆ってもよい。一次点火薬２５０がグレイン２２０に確実に点火することを保証するために、一次点火薬２５０に隣接する表面２２２の一部分２２６を、抑制剤２３５によって覆わなくてもよい。

ロケットモータの上昇時に要求される機能を確実に果たすために、ロケットモータに対する予測最高周囲温度に長期間晒された後でさえ、抑制剤２３５は、化学的及び力学的に安定していなければならない。更に、長期保管中におけるロケットモータの潜在的な劣化を避けるために、抑制剤２３５は、グレイン２２０と化学的に適合性がなければならない。更に、要求される機能を果たすために、高温及び低温への過度の変化及び衝撃と、振動と、他の力学的ストレスとを受けた後に、抑制剤２３５がグレインに付着していなければならない。抑制剤２３５は、コーティング、処理、又は温度の過度の変化中に亀裂が入らない、柔らかい又はフレキシブルな物質であり得る。

抑制剤２３５に適した物質は、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム(ethylene propylene diene monomer rubber, EPDM)又はヒドロキシル官能基ポリブタジエンゴム（hydroxyl functionalized polybutadiene rubber）のようなポリマーゴム物質、ポリウレタン(polyurethane, PU)のようなポリマー物質、或いは他の物質を含み得る。抑制剤は、複数の層又は物質を含み得る。複数の層又は物質は、例えば、接着層によってグレインの表面に結合される断熱層である。抑制剤２３５の１つ以上の層は、充填物質又は添加剤を含んでもよく、充填物質又は添加剤が、抑制剤２３５が燃えるか、蒸発するか、分解するか、又はさもなければグレイン２２０の表面２２２から取り除かれる速度を制御する。充填物質又は添加剤は、エネルギ物質を含んでもよく、エネルギ物質が、抑制剤２３５の燃焼速度を高める。

抑制剤は、断熱材として機能し得る。断熱材は、グレイン２２０の他の部分の燃焼によって生成された高温ガスの熱からグレイン２２０を隔離することによって、グレイン２２０の表面の点火を抑制する。抑制剤２３５の１つ以上の層は、充填物質又は添加剤を含んでもよく、充填物質又は添加剤が、抑制剤２３５の熱伝導率を制御して、グレイン２２０の表面２２２が点火する速度を制御する。

抑制剤２３５は、塗布、ディッピング、吹き付け、接着、接合、キャスティング、又は他の適用方法によって、グレイン２２０の中心表面２２２に適用され得る。抑制剤２３５の厚さは、抑制剤物質の構成と適用方法とによって決まり得る。抑制剤２３５は、抑制剤によって覆われたグレイン２２０の表面の点火を防ぐ又は遅らせる機能を果たすのに十分な厚さであり得る。ポリウレタン発泡体（polyurethane foam）のような発泡体物質から成る抑制剤層の場合は、２．５乃至３．０ミリメートルの厚さが適切であり得る。ゴム物質をグレイン２２０の表面２２２に塗布する場合は、約１．０ミリメートルの厚さが適切であり得る。複数の層を含む抑制剤の場合には、層は、異なる厚さを有していてもよく、同じ方法によって適用されても又は異なる方法によって適用されてもよい。

一次点火薬２５０は、従来の固体燃料ロケットモータの点火薬であり得る。一次点火薬は、例えば、主として、ホウ素硝酸カリウム(Boron Potassium Nitrate, BKNO3)又は亜鉛過塩素酸カリウム(Zinc Potassium Perchlorate, ZPP)とから構成され得る。点火薬物質内の又は点火薬物質に隣接するヒータ線を通して送られる電気インパルスによって、一次点火薬２５０をトリガさせることができる。

低速自然発射又は高速自然発射のテスト中に、ロケットモータ２００が１６０℃乃至１９０℃の温度に加熱されると、グレイン２２０は自然に点火し得る。グレイン２２０が自然点火すると、グレイン物質を素早く燃焼させて、ロケットモータのハイレベルの推力を生成するか、又はロケットモータが爆発する可能性が生じ得る。

グレイン２２０の自然点火を回避するために、グレイン全体の温度が自然点火温度に達する前に、二次点火薬２６０が、所定の温度で点火して、グレインの少なくとも実質的な部分を制御可能に燃やすように構成され得る。二次点火薬（点火器）２６０は、例えば、米国特許第５，４６６，５３７号と第７，３７７，６９０号とに記載されている金属間熱センサ（intermetallic thermal sensors）であり得る。二次点火薬２６０は、グレイン２２０に点火するのに効果的な別のタイプの熱センサであってもよい。二次点火薬２６０の点火温度は、グレインの自然点火温度よりも相当に低くてもよい。二次点火薬２６０の点火温度は、最高予測周囲温度よりも相当に高くてもよい。最高予測周囲温度は、通常の保管及び使用条件下にあるロケットモータ２００の場合に、８５℃までであり得る。例えば、二次点火薬２６０の点火温度は、１１５℃乃至１４０℃であり得る。二次点火薬２６０の温度が、その点火温度まで上昇すると、二次点火薬２６０は、グレイン２２０の低速制御燃焼を開始し得る。

図３は、低感度ロケットモータ３００の概略断面図を示している。低感度ロケットモータ３００は、中心穿孔部３３０を有するグレイン３２０と、ノズル３４０と、一次点火薬３５０と、抑制剤層３３５とを有する。抑制剤層３３５は、中心穿孔部３３０に面したグレイン３２０の中心表面３２２をコーティングしている。更に、低感度ロケットモータ３００は、二次点火薬３６０を含み得る。二次点火薬３６０は、ノズル３４０に隣接しているグレイン３２０の端部表面３２４に、又は端部表面３２４の近くに配置されている。図３は、通常動作モードにおける点火中のロケットモータ３００を示している。通常動作モードは、一次点火薬３５０を使用して、固体燃料グレイン３２０に点火して、次に、中心穿孔部３３０から外に向かって固体燃料グレイン３２０を燃やすことを含み得る。通常動作モードにおいて、低感度ロケットモータ３００は、ロケットモータ１００のような従来のロケットモータと本質的に同じやり方で動作し得る。設計により、通常動作モードにおいて、低感度ロケットモータ３００と、ロケットモータ１００のような従来のロケットモータは、同じ時間間隔に同量の推力を生成することができる。

通常動作モードで低感度ロケットモータ３００に点火するために、電流又は他の機構によって、一次点火薬３５０を発火させることができる。一次点火薬は、高温燃焼ガス３７０を生成し得る。高温燃焼ガスは、抑制剤のコーティング３３５に対して作用し得る。高温燃焼ガスは、抑制剤のコーティングがされていないグレイン３２０の表面３２２の一部分３２６に対して作用し得る。高温燃焼ガス３７０が、中心表面３２２の一部分３２６から抑制剤のコーティングを素早く取り除くように、一次点火薬３５０と、グレイン３２０と、抑制剤のコーティング３３５とを適応させてもよい。

固体燃料グレイン３２０の表面３２２の少なくとも一部分は、抑制剤のコーティングを有していない、又は抑制剤のコーティングが取り除かれた場所である。高温燃焼ガス３７０は、この部分に点火し得る。固体燃料グレイン３２０は、点火されると、実線の矢印３７５によって示されているように、燃焼表面に直交する方向に燃え得る。固体燃料グレインの表面３２６の点火された部分は、更なる燃焼ガスを生成し得る。更なる燃焼ガスは、一次点火薬３５０によって生成されたガスと共に、(矢印３７２によって示されているように)中心穿孔部を通ってノズルに長手方向に流れる。固体燃料グレイン３２０の中心表面３２２に沿って高温燃焼ガスが流れるので、中心表面３２２の全域から抑制剤層３３５を素早く取り除いて、中心表面全体に点火することができる。

中心表面３２２から抑制剤のコーティング３３５を取り除くのに要する時間は、ロケットモータ３００の点火よりも僅かに遅くてもよい。より大きな又はより多くのエネルギを有する一次点火薬３５０を使用することによって、この遅れを少なくとも部分的に補うことができる。

図４は、低感度ロケットモータ４００の概略断面図を示している。低感度ロケットモータ４００は、中心穿孔部４３０を有する固体燃料グレイン４２０と、ノズル４４０とを含む。図４は、通常動作モード中における、固体燃料グレイン４２０のおよそ５０％を消耗した後の低感度ロケットモータ４００を示している。中心穿孔部４３０に面している固体燃料グレイン４２０の全中心表面４２２が燃えて、高温燃焼ガス４７０を生成し得る。実線の矢印４７５によって示されているように、中心穿孔部４３０から外に向かって、燃焼は進み得る。白抜きの矢印４７２によって示されているように、高温燃焼ガス４７０は、中心穿孔部４３０を長手方向に流れ得る。高温燃焼ガスは、ノズル４４０を通ってロケットモータ４００から出て行き、推力を生成し得る。通常動作モードでは、低感度ロケットモータ４００は、ロケットモータ１００のような従来のロケットモータと本質的に同じやり方で動作し得る。

図５は、低感度ロケットモータ５００の概略断面図を示している。低感度ロケットモータ５００は、中心穿孔部５３０を有する固体燃料グレイン５２０と、ノズル５４０と、一次点火薬５５０と、抑制剤層５２５とを含んでいる。抑制剤層５２５は、中心穿孔部５３０に面している固体燃料グレイン５２０の中心表面５２２をコーティングしている。更に、低感度ロケットモータ５００は、二次点火薬５６０を含み得る。二次点火薬５６０は、ノズル５４０に隣接しているグレイン５２０の端部表面５２４に、又は端部表面５２４の近くに配置されている。図５は、安全動作モードで点火された固体燃料ロケットモータ５００を示している。安全動作モードは、二次点火薬５６０を使用して、固体燃料に点火して、次に、端部表面５２４から長手方向に固体燃料グレイン５２０を燃やすことを含み得る。安全動作モードにおいて、低感度ロケットモータ５００は、ロケットモータ１００のような従来のロケットモータよりも、相当に小さい推力を生成し得る。

安全動作モードで低感度ロケットモータ５００に点火するために、外部から加えられた熱に応答して、二次点火薬５６０が点火し得る。二次点火薬５６０が点火すると、高温燃焼ガス５８０を生成し得る。白抜きの矢印５８２によって示されているように、高温燃焼ガスは、ノズル５４０を通ってロケットモータ５００から流れ出ることができる。二次点火薬５６０は、ロケットモータ５００内のノズル５４０に近接して配置され得るので、二次点火薬５６０によって生成された高温燃焼ガス５８０は、中心穿孔部５３０を通って長手方向に流れないかもしれない。従って、高温燃焼ガス５８０は、固体燃料グレイン５２０の中心表面５２２から、抑制剤のコーティング５２５を取り除くのに効果的でないかもしれない。

更に、高温燃焼ガス５８０は、固体燃料グレインの端部表面５２４の少なくとも一部分に点火し得る。固体燃料グレインは、一旦点火されると、実線の矢印５８５によって示されているように、燃えている端部表面５２４に直交する方向に燃え得る。端部表面５２４の点火された部分は、更なる燃焼ガスを生成し得る。更なる燃焼ガスも、ノズルを通って流れ得る。高温燃焼ガスは、固体燃料グレイン５２０の中心表面５２２に沿って流れないので、抑制剤層５２５は、所定の位置に残って、中心表面５２２の全て又は殆どが点火するのを防ぐことができる。

図６は、低感度ロケットモータ６００の概略断面図を示している。低感度ロケットモータ６００は、中心穿孔部６３０を有する固体燃料グレイン６２０と、ノズル６４０と、一次点火薬６５０と、抑制剤層６３５とを含む。抑制剤層６３５は、中心穿孔部６３０に面しているグレイン６２０の中心表面６２２をコーティングしている。図６は、安全動作モード中における、固体燃料グレイン６２０のおよそ５０％を消耗した後の低感度ロケットモータ６００を示している。固体燃料グレイン６２０の端部表面６２４が燃えて、高温燃焼ガス６８０を生成し得る。実線の矢印６８５によって示されているように、端部表面６２４から長手方向に、燃焼は進み得る。高温燃焼ガス６８０は、ノズル６４０を通ってロケットモータ６００から出て行き得る。

ノズルを通って出て行く高温燃焼ガスから生じる推力は、図３と図４とに関連して記載されている通常動作モード中に生成される推力よりも相当に小さいかもしれない。式（２）と（３）とを組み合わせると、ロケットモータによって生成される運動量推力は、以下の式によって与えられる。

Ｆ＝Ａ_ｐ×Ｒ_ｂ×Ｐ_Ｐ×Ｕ_ｅ （４）
ここで、Ａ_ｐは、推進薬の表面積であり、
Ｒ_ｂは、推進薬の燃焼速度であり、
Ｐ_ａは、推進薬の密度であり、
Ｕ_ｅは、ノズルの出口面におけるガス速度である。

図４と図６とを検討すると、安全動作モードにおける燃焼表面積は、通常動作モードにおける燃焼表面積よりも相当に小さいかもしれないことが明らかになる。一般的な固体燃料グレインの幾何学的形状の場合に、安全動作モードにおける燃焼表面積は、通常動作モードにおける燃焼表面積の１０％未満であり得る。燃焼表面積自体が小さくなると、比例して、ロケットモータの推力を下げる。しかしながら、燃焼表面積が小さくなると、燃焼ガスの生成速度を下げ、従って、ロケットモータ内の圧力を下げ得る。モータ内の圧力が下がると、推進薬の燃焼速度と、ノズルの出口面におけるガス速度との両者を下げることになり得る。これらの要因の全てが組み合わさって、安全動作モードにおいてロケットモータによって生成される推力を下げ得る。

ある状況では、例えば、長くて小径のロケットモータの場合には、固体燃料グレイン６２０を端部から燃やすと、ロケットモータのケース６１０とノズル６４０が、長期間にわたって高温に晒されて、ケース及び／又はノズルの熱破損を引き起こし得る。熱破損を防ぐために、抑制剤６３５の厚さ及び／又は構成物を選択して、グレイン６２０を燃やすのに要する合計時間を制御してもよい。合計燃焼時間を短くすると、安全動作モードでロケットモータを燃焼させた場合に生成される推力を高めることになり得る。安全動作モードでロケットモータを燃焼させた場合に、ケースとノズルとにかかる熱応力と、生成される推力との間の妥協点として、抑制剤６３５の厚さ及び／又は構成物を選択してもよい。

図７は、抑制剤層を備えている場合と、抑制剤層を備えていない場合とにおいて、実験用の固体燃料ロケットモータによって生成された、測定された推力のグラフ７００を示している。実線７１０は、抑制剤層を備えていない実験用のロケットモータによって生成された推力のプロットである。点線７２０は、抑制剤層を備えている同様のロケットモータによって生成された推力である。両者のモータは、直径１２ｍｍの中心開口部を備えた、長さ約２４０ｍｍ及び直径約５０ｍｍの複合グレインを有している。一次点火薬によって両者のモータに点火して、通常動作モードで燃焼させた。

実線７１０と点線７２０とを比較すると、２つのモータによって生成された、推力と全インパルス(ある期間にわたる推力の積分したもの)とが、本質的に同じであることが明らかになる。点火してから、各モータが９０ポンド(４００ニュートン)の力を生成するまでの時間遅延は、抑制剤を備えていないモータ(実線７１０）の場合に、約１００ミリ秒であり、抑制剤層を有しているモータ（点線７２０)の場合に、２５０ミリ秒である。抑制剤層を有しているモータが比較的にゆっくり点火するのは、ロケットモータの長さに沿って抑制剤層を徐々に取り除くからであり得る。

図８は、通常動作モードと安全動作モードとにおいて、燃焼する実験用の固体燃料ロケットモータによって生成された、測定された推力のグラフ８００を示している。実線８１０は、一次点火薬による点火後に通常通りに燃焼する、抑制剤層を備えていない実験用のロケットモータによって生成された推力のプロットである。点線８２０は、ノズルに近接しているモータの最後尾に配置されている点火薬による点火後に安全動作モードで燃焼する、抑制剤層を備えた同様のロケットモータによって生成された推力である。両者のモータは、直径１２ｍｍの中心開口部を備えた、長さ２４０ｍｍ及び直径３５ｍｍの複合グレイン２２０を有している。

実線８１０は、実験用のロケットモータが、（図７に示されているように）通常動作モードで、３．５秒間に約１００ポンドの推力を生成することを示している。点線８２０は、実験用のロケットモータが、安全動作モードで１１５秒間燃焼して、５ポンド未満の推力を生成することを示している。

高速又は低速の自然発射テスト中に点火されるロケットモータの燃焼時間を大幅に増加させるために、抑制剤層と機尾端部の二次点火薬との組み合わせが有効であり得ることを、図８の実験データは証明している。燃焼時間が増加すると、モータによって生成される推力は、対応して小さくなり得る。更に、高速又は低速の自然発射テスト中のロケットモータの性能が改善すると、通常の動作中のモータの性能に殆ど影響を及ぼさなくなり得ることを、図７の実験データは示している。

結語
この説明の全体を通して、示されている実施形態と例は、開示されている又は請求項に係る装置と手順とを制限しているのではなく、例示として見なされるべきである。ここに提示されている例の多くは、方法の動作又はシステムの要素の特定の組み合わせを含むが、同じ目的を達成するために、これらの動作とこれらの要素とを他のやり方で組み合わせてもよいと理解されるべきである。フローチャートに関して、ステップを追加しても、少なくしてもよく、ここに記載されている方法を達成するために、示されているステップを組み合わせても、更に改善してもよい。１つの実施形態のみに関連して記載されている動作と、要素と、特徴とを、他の実施形態における同様の役割から除外することは、意図していない。

請求項に記載されているミーンズプラスファンクション（means-plus-function）の制限について、記載されている機能を行なうためにここに開示されている手段に、手段を制限することは、意図しておらず、記載されている機能を行なう任意の手段であって、現在知られている又は将来開発される任意の手段の範囲をカバーすることを意図している。

ここで使用されているように、「複数」は、２以上を意味する。

ここで使用されているように、アイテムの「組」は、そのようなアイテムの１つ以上を含み得る。

ここで使用されているように、明細書又は請求項において、用語「具備する」、「含む」、「保持する」、「有する」、「構成する」、「伴う」、等は、限度を設定しない（open-ended）、即ち、〜を含むが、〜に制限されない(including but not limited to)ことを意味すると理解されるべきである。移行句「から成る」と「から本質的に成る」のみが、それぞれ、請求項に関する排他的又は半排他的な移行句である。

請求項の要素を修飾するために、請求項の中で「第１」、「第２」、「第３」、等の順序を示す用語を使用していることは、それ自体で、１つの請求項の要素が他の請求項の要素に対して優位であること、先行すること、又は順序を示唆しているのでも、或いは、方法の動作を行なう時間的順序を示唆しているのでもなく、請求項の要素を区別するために、特定の名称を有する１つの請求項の要素と、（使用されている序数を除いて）同じ名称を有する別の要素とを区別するラベルとして使用されているだけである。

ここで使用されているように、「及び／又は」は、列挙されている事項が選択肢であることを意味しているが、更に、列挙されている事項の任意の組み合わせも、選択肢に含まれることを意味している。

１００・・・従来のロケットモータ、１１０、２１０、６１０・・・ケース、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０・・・グレイン、１３０・・・長手方向の空胴、１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０・・・ノズル、１５０・・・点火薬、２００、３００、４００、５００、６００・・・低感度ロケットモータ、２２２、３２２、４２２、５２２・・・中心表面、２２４、３２４、５２４、６２４・・・端部表面、２２６、３２６・・・表面の一部分、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０・・・中心穿孔部、２３５・・・抑制剤、３３５、５２５、６３５・・・抑制剤層、２５０、３５０、５５０、６５０・・・一次点火薬、２６０、３６０、５６０・・・二次点火薬、３７０、４７０、５８０、６８０・・・高温燃焼ガス、３７２、３７５、４７２、５８２、６８５・・・矢印、７００、８００・・・測定された推力のグラフ、７１０、８１０・・・実線、７２０、８２０・・・点線。

Claims (22)

1. 一次点火薬によって点火された場合に、中心穿孔部に面している中心表面から外に向かって燃えて、
   二次点火薬によって点火された場合に、端部面から長手方向に燃える、
   ように構成されている固体燃料グレイン、
   を具備する、固体燃料ロケットモータ。
2. 前記二次点火薬の温度が所定の点火温度を超えた場合に、前記二次点火薬が前記固体燃料グレインの前記端部面に点火する、請求項１の固体燃料ロケットモータ。
3. 前記所定の点火温度は、前記固体燃料グレインの自然点火温度よりも低い、請求項２に記載の固体燃料ロケットモータ。
4. 前記固体燃料グレインが前記二次点火薬によって点火された場合に、前記固体燃料グレインの前記中心表面の点火を抑制する抑制剤層、
   を更に具備する、請求項１の固体燃料ロケットモータ。
5. 前記抑制剤層は、エチレンプロピレンジエンモノマーゴムと、ヒドロキシル官能基ポリブタジエンゴムと、ポリウレタンとから成るグループから選択される物質を具備する、請求項４の固体燃料ロケットモータ。
6. 前記抑制剤層は、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分をコーティングする、請求項４の固体燃料ロケットモータ。
7. 前記抑制剤層は、前記固体燃料グレインの前記中心表面の全体をコーティングする、請求項４の固体燃料ロケットモータ。
8. 前記固体燃料グレインの前記端部面に近接して配置されているノズル、
   を更に具備する、請求項４の固体燃料ロケットモータ。
9. 前記通常動作モード中に、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分に点火する一次点火薬、
   を更に具備する、請求項４の固体燃料ロケットモータ。
10. 前記一次点火薬に近接している、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分は、前記抑制剤層でコーティングされていない、請求項９の固体燃料ロケットモータ。
11. 前記一次点火薬の点火によって生成される燃焼ガスは、
    前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分から前記抑制剤のコーティングを取り除いて、
    前記抑制剤のコーティングがされていない、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分に点火する、
    請求項９の固体燃料ロケットモータ。
12. 前記一次点火薬によって点火された場合に、前記固体燃料ロケットモータは、第１のレベルの推力を生成し、
    前記二次点火薬によって点火された場合に、前記固体燃料ロケットモータは、前記第１のレベルの推力よりも相当に小さい、第２のレベルの推力を生成する、
    請求項１の固体燃料ロケットモータ。
13. 端部表面と、中心穿孔部に面している中心表面と、を有する固体燃料グレインと、
    前記中心表面の少なくとも一部分をコーティングしている抑制剤層と、
    前記中心表面に点火するために配置されている一次点火薬と、
    前記端部表面に点火するために配置されている二次点火薬と、
    を具備する、固体燃料ロケットモータ。
14. 機首端部と機尾端部とにおいて終端している長手方向軸を有するケースであって、前記固体燃料グレインと、前記一次点火薬と、前記二次点火薬と、を少なくとも部分的に取り囲んでいる、前記ケースと、
    前記固体燃料グレインの前記端部表面に近接している前記ケースの前記機尾端部に接続されたノズルであって、前記固体燃料グレインの燃焼によって生成される燃焼ガスを排出する、前記ノズルと、
    を更に具備する、請求項１３の固体燃料ロケットモータ。
15. 前記一次点火薬は、前記ケースの前記機首端部に配置されており、
    前記中心穿孔部は、前記一次点火薬から前記ノズルへの、燃焼ガスのための通路を提供する、
    請求項１４の固体燃料ロケットモータ。
16. 前記一次点火薬に点火したときに前記一次点火薬によって生成された燃焼ガスが、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分から前記抑制剤のコーティングを取り除くように、前記一次点火薬と前記抑制剤層とが構成されている、請求項１５の固体燃料ロケットモータ。
17. 前記一次点火薬によって生成された燃焼ガスが、前記固体燃料グレインの前記中心表面の少なくとも一部分の点火を生じさせるように、前記一次点火薬と前記抑制剤層とが構成されている、請求項１６の固体燃料ロケットモータ。
18. 外部から加えられた熱に応答して、前記二次点火薬が点火するように構成されている、請求項１３の固体燃料ロケットモータ。
19. 前記二次点火薬は、前記固体燃料グレインの自然点火温度よりも低い第１の点火温度を有する、請求項１８の固体燃料ロケットモータ。
20. 高速自然発射テスト中と低速自然発射テスト中とのうちの少なくとも一方において、前記二次点火薬は、前記固体燃料グレインの前記端部面に点火するように構成されている、請求項１８の固体燃料ロケットモータ。
21. 通常動作モードにおいて中心穿孔部から外に向かって燃えるように構成されている固体燃料グレインを有する固体燃料ロケットモータを操作する方法であって、
    安全動作モード中に、端部面から長手方向に前記固体燃料グレインを燃やすステップ、
    を具備する、固体燃料ロケットモータを動作させる方法。
22. 外部から加えられた熱に応答して、前記端部面に点火して、前記安全動作モードで前記固体燃料グレインを燃やすステップ、
    を更に具備する、請求項２１に記載の固体燃料ロケットモータを動作させる方法。

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