JP2016084744A - 2パルスガスジェネレータ及び2パルスガスジェネレータの動作方法 - Google Patents
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Abstract
Description
の運用領域(射程、高度)を拡大するためには、空気の薄い高高度において長時間小さな推力で飛しょう体の姿勢制御を行い、ターゲット接近時に短時間大きな推力で飛しょう体を再加速する制御が望ましいが、シングルパルスのガスジェネレータを用いてのスラスタのノズルの開度制御だけでその両極端な推力パターンを実現することは困難であり、ガスジェネレータを2パルス化してそれぞれのスラストパターンに適した形状や燃焼特性を有する推進薬を装填する必要がある。
図1、4に示されるように、ガスジェネレータ1の基軸Cに沿って、内側推進薬3から燃焼空間6に向かう方向を「第1方向」、燃焼空間6から内側推進薬3に向かう方向を「第2方向」と定義する。「第2方向」は、「第1方向」と反対の方向である。なお、本明細書において、便宜的に、「第1方向」を「前方」、「第2方向」を「後方」という。しかし、ガスジェネレータの種類等によっては、第1方向が後方であり、第2方向が前方である場合もあり得る。この場合、明細書における「前方」の表現は、「後方」に読み替えられるべきであり、明細書における「後方」の表現は、「前方」に読み替えられるべきである。
図1は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図1は、推進薬の燃焼前の状態を示す。
次に、図1〜3を参照して、2パルスガスジェネレータ1の動作方法について概略説明する。図2は、ガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。第1のステップS1において、内側推進薬3の前方端面F1(第1端面F1)に着火させる。内側推進薬3の前方端面F1(第1端面F1)は、内側推進薬3の初期燃焼面である。第2のステップS2において、内側推進薬3の端面燃焼が進行し、燃焼ガスが生成される。なお、内側推進薬3の側面F2は、隔膜5によって覆われているため、内側推進薬3の側面燃焼は防止される。第3のステップS3において、外側推進薬4に着火させる。外側推進薬4の着火により、燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスによって、隔膜5と外側推進薬4との間に空間が形成される。当該空間内の圧力は、燃焼ガスの生成に伴い上昇する。第4のステップS4において、前記空間内の圧力の上昇に起因して、隔膜5は破断する。なお、隔膜5を予め決められた位置で破断させたい場合には、隔膜5に脆弱部を設けておけばよい。図3は、隔膜5の破断後の2パルスガスジェネレータ1を示す概略断面図である。図3において、内側推進薬3の端面燃焼の進行に伴い、内側推進薬3の前方側の端面は、前方端面F1’となっている。隔膜5の破断後、外側推進薬4の内周面を覆っていた隔膜5は、内側(すなわち、内側推進薬3の消失によって形成された空間の側)に向かって移動又は変形する。また、外側推進薬4の前方端面を覆っていた隔離部材5は、前方側に向かって移動又は変形する。このため隔離部材5の破断後、外側推進薬4の内周面及び前方端面は、燃焼空間6に面することとなる。第5のステップにおいて、外側推進薬4は、燃焼空間6に面する内周面及び前方端面から燃焼が進行する。すなわち、第5のステップにおいては、外側推進薬4の内周面燃焼と、外側推進薬4の端面燃焼とが同時進行する。外側推進薬4の内周面燃焼及び端面燃焼の進行により、燃焼ガスが生成される。
図4は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図4は、推進薬の燃焼前の状態を示す。
圧力容器2は、容器部22及び蓋部24を含む。容器部22及び蓋部24は、ボルト26によって連結される。容器部22、蓋部24、及び、ボルト26は、内側推進薬3及び外側推進薬4の燃焼時に発生する圧力に耐えることのできるような材料により、構成される。
内側推進薬3の形状は、柱状である。内側推進薬3の形状は、例えば、中実の柱状である。ここで、中実には、厳密な意味での中実の他に、実質的に中実であることが包含される。例えば、内側推進薬3の内部に多少のボイドが含まれていたとしても、内側推進薬3の主たる燃焼モードが端面燃焼であると言える場合には、当該内側推進薬3の形状は、中実形状に属するものとする。なお、内側推進薬3の形状として、中実の円柱形状を採用した場合には、内側推進薬3の側面F2を覆う隔膜5の面積を最小化することができる。内側推進薬3は、前方端面F1(第1端面F1)と側面F2の他に、後方側の端面である後方端面F3(第2端面F3)を備える。
外側推進薬4の形状は、筒状である。筒状には、円筒状が含まれる。外側推進薬4は、燃焼前の状態において、前方端面F4、内周面F5、及び、後方端面F6を備える。外側推進薬4は、その外周面において、圧力容器2によって支持されている。例えば、外側推進薬4の外周面は、接着剤を介して、圧力容器2の内面に接着されている。外側推進薬4の前方端面F4及び内周面F5は、隔膜5の外面に接着している。外側推進薬4と隔膜5との接着は、接着剤による接着であってもよい。
隔膜5は、外側推進薬4及び後述の第2点火装置8の耐熱保護などを目的として設けられている。隔膜5の材料としては、例えば、弾性体が用いられる。例えば、隔膜5として、EPDMゴム、シリコーンゴム、及びケブラ繊維などの無機繊維を含有するシリコーンゴムなどが用いられる。隔膜5として、弾性体を用いることにより、隔膜5の破断後の隔膜5の変形が容易となる。
燃焼空間6は、内側推進薬3の燃焼前の状態では、蓋部24(又は、保護膜25)と、隔膜5と、内側推進薬3の前方端面F1(第1端面F1)とによって規定される空間である。内側推進薬3が端面燃焼するにつれて、内側推進薬3の第1端面F1(すなわち、前方端面)は後方に後退する。この場合、燃焼空間6は、蓋部24(又は、保護膜25)と、隔膜5と、内側推進薬3の前方端面F1’(必要であれば、図10を参照。)と、によって規定される。外側推進薬4への着火により隔膜5が脆弱部56において破断された後は、内側推進薬3の前方端面F1’に加えて、外側推進薬4の前方端面F4及び内周面F5が、燃焼空間6に対して露出することとなる。外側推進薬4の前方端面F4及び内周面F5は、外側推進薬4の初期燃焼面である。
内側推進薬3は、外側推進薬4よりも内側に配置される。すなわち、内側推進薬3の外側側面である側面F2と基軸Cとの間の距離は、外側推進薬4の内周面F5と基軸Cとの間の距離より小さい。内側推進薬3が、外側推進薬4よりも内側に配置されることによって、2パルスガスジェネレータ1のサイズをコンパクトにすることができる。
第1点火装置7は、内側推進薬3を燃焼させる為のエネルギーを生成するために設けられる。第1点火装置は、2パルスガスジェネレータ1の前方側に設けられる。好ましくは、第1点火装置7は、蓋部24に取り付けられる。第1点火装置7は、基軸C上に設けられると、内側推進薬3の前方端面F1(第1端面F1)に正対することとなり、前方端面F1(第1端面F1)への着火の観点からみて有利な配置となる。第1点火装置7としては、例えば、点火用のガスを発生させるイグモータ(パイロゲン型点火器)、レーザーダイオードなどを用いることができる。
第2点火装置8は、外側推進薬4を燃焼させる為のエネルギーを生成するために設けられる。図5〜図7に、第2点火装置の詳細を示す。図5は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図5は、第2点火装置8の作動によって、隔膜5が破断した後の状態を示す。なお、図5において、第2点火装置8を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。図6は、図5のA−A矢視断面図であり、図7は、図5のB−B矢視断面図である。
次に、図8〜12を参照して、2パルスガスジェネレータの動作方法について詳細説明する。図8は、ガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。また、図9〜12は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。
上記で説明した実施形態のガスジェネレータは、燃焼ガス噴射装置に適用することができる。以下において、ガスジェネレータを、燃焼ガス噴射装置の一形態であるスラスタに適用した例と、燃焼ガス噴射装置の一形態であるロケットモータに適用した例とについて、説明する。
図13は、上記で説明したガスジェネレータをスラスタに適用した例を示す概略断面図である。なお、図13において、スラスタ部を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。2パルスガスジェネレータ1の第1接続部材27に、スラスタ部1000が接続される。スラスタ部1000は、ガスジェネレータ1の前方側に配置される。スラスタ部1000は、燃焼ガス噴射孔9の個数に併せて複数配置されてもよい。スラスタ部1000は、例えば、基軸Cの回りに等間隔で配置される。スラスタ部1000は、各燃焼ガス噴射孔9から導入された燃焼ガスを、前後方向に対して直交する方向へ向けて噴射するように構成されている。このスラスタ部1000により、飛しょう体の姿勢制御を行うことができる。本実施形態では、2パルスガスジェネレータ1が、2段階で推進薬を燃焼させることができるので、飛しょう体の姿勢を細かく制御することができる。
図14は、上記で説明したガスジェネレータをロケットモータに適用した例を示す概略断面図である。なお、図14において、ノズル部を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。図14において、ロケットモータの前方が、上記で説明したガスジェネレータの後方に対応し、ロケットモータの後方が、上記で説明したガスジェネレータの前方に対応することに留意されるべきである。2パルスガスジェネレータ1の第1接続部材27にノズル部2000が接続される。ノズル部2000は、2パルスガスジェネレータ1の前方側(ロケットモータの後方側)に配置される。ノズル部2000は、燃焼ガス噴射孔9の個数に併せて複数配置されてもよい。ノズル部2000は、例えば、基軸Cの回りに等間隔で配置される。ノズル部2000は、各燃焼ガス噴射孔9から導入された燃焼ガスを、後方向に噴射するように構成されている。このように、2パルスガスジェネレータ1をロケットモータに適用すれば、2段階で推進力を得ることが可能になる。
2 :圧力容器
3 :内側推進薬
4 :外側推進薬
5 :隔膜
6 :燃焼空間
7 :第1点火装置
8 :第2点火装置
9 :燃焼ガス噴射孔
22 :容器部
23 :金属板
24 :蓋部
25 :保護膜
26 :ボルト
27 :第1接続部材
30 :オーバーラップ部
32 :突出部
52 :第1隔膜
54 :第2隔膜
56 :脆弱部
82 :点火器
84 :第1リング部材
86 :第2リング部材
88 :環状空間
840 :第1通路
860 :第2通路
1000 :スラスタ部
2000 :ノズル部
C :基軸
F1 :第1端面(前方端面)
F1’ :前方端面
F2 :側面
F3 :第2端面(後方端面)
F4 :前方端面
F5 :内周面
F6 :後方端面
L1 :オーバーラップ部の長さ
L2 :突出部の長さ
Claims (9)
- 圧力容器と、
前記圧力容器内に配置され、筒状である外側推進薬と、
前記外側推進薬の内側に配置され、柱状である内側推進薬と、
前記外側推進薬と前記内側推進薬とを隔離する隔膜と
を具備し、
前記内側推進薬は、
前記圧力容器内の燃焼空間に面する前方端面と側面と
を有し、
前記内側推進薬の前記側面は、前記燃焼空間から隔離されている
ガスジェネレータ。 - 請求項1に記載のガスジェネレータにおいて、
前記内側推進薬の前記側面の全体が、前記隔膜によって覆われている
ガスジェネレータ。 - 請求項1又は2に記載のガスジェネレータにおいて、
前記内側推進薬は、前記外側推進薬よりも後方側に突出する突出部を備える
ガスジェネレータ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスジェネレータにおいて、
前記隔膜は、
前記外側推進薬の前方端面と接する第1隔膜と、
脆弱部を介して前記第1隔膜と接続され、前記外側推進薬の内周面と接する第2隔膜とを備え、
前記脆弱部は、前記燃焼空間に面するように配置される
ガスジェネレータ。 - 請求項4に記載のガスジェネレータにおいて、
前記第2隔膜は、前記外側推進薬の前記前方端面及び前記内周面に接し、
前記脆弱部は、前記外側推進薬の前記前方端面に面するように配置され、
前記第1隔膜と前記第2隔膜が会合する端部は、全周囲に亘って接合されている
ガスジェネレータ。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガスジェネレータにおいて、
前記外側推進薬は、前記内側推進薬よりも燃焼速度の速い推進薬である
ガスジェネレータ。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスジェネレータにおいて、
前記内側推進薬に点火する第1点火装置と、
前記外側推進薬に点火する第2点火装置と
を更に備え、
前記第2点火装置は、エネルギー伝達部を備え、
前記エネルギー伝達部は、前記外側推進薬の内周面にエネルギーを伝達するように構成される
ガスジェネレータ。 - 請求項1又は2に記載のガスジェネレータの動作方法であって、
前記内側推進薬の前記前方端面に着火するステップと、
前記内側推進薬の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬の端面燃焼を進行させるステップと、
前記外側推進薬に着火するステップと、
前記隔膜を破断させるステップと、
前記外側推進薬の内周面燃焼と、前記外側推進薬の端面燃焼とを同時進行させるステップと
を具備する
ガスジェネレータの動作方法。 - 請求項3に記載のガスジェネレータの動作方法であって、
前記内側推進薬の前記前方端面に着火するステップと、
前記内側推進薬の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬の端面燃焼を進行させるステップと、
前記外側推進薬に着火するステップであって、前記内側推進薬の前記突出部の燃焼中に前記外側推進薬に着火するステップと、
前記隔膜を破断させるステップと、
前記外側推進薬の内周面燃焼と、前記外側推進薬の端面燃焼とを同時進行させるステップと
を具備する
ガスジェネレータの動作方法。
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