JP2018030242A - Insulation body, production method therefor, rocket motor, and heat storage layer forming body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温の燃焼ガスからの伝熱を抑えるインシュレーション体とその製造方法に関する。また、本発明は、このようなインシュレーション体を有するロケットモータに関する。さらに、本発明は、このようなインシュレーション体に使用可能な蓄熱層形成体に関する。 The present invention relates to an insulation body that suppresses heat transfer from high-temperature combustion gas and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a rocket motor having such an insulation body. Furthermore, this invention relates to the thermal storage layer formation body which can be used for such an insulation body.
燃焼ガスが発生し又は流れる空間は、高温(例えば1000℃以上あるいは3000℃以上)になるため、この空間を覆う内壁面にインシュレーション体(断熱材)を設けることにより、内壁面を熱的に保護する。このような内壁面には、ロケットモータに設けられるモータケースの内壁面がある。 Since the space where the combustion gas is generated or flows becomes high temperature (for example, 1000 ° C. or higher or 3000 ° C. or higher), by providing an insulation body (heat insulating material) on the inner wall surface covering this space, the inner wall surface is thermally heated. Protect. Such an inner wall surface includes an inner wall surface of a motor case provided in the rocket motor.
ロケットモータは、固体の推進薬の燃焼ガスを発生して噴出する。ロケットモータは、一例では、人工衛星打ち上げ用ロケットに設けられ、噴出する燃焼ガスによりロケットを推進させる。 The rocket motor generates and ejects a solid propellant combustion gas. In one example, the rocket motor is provided in a rocket for launching an artificial satellite, and the rocket is propelled by the combustion gas ejected.
ロケットモータは、推進薬が設けられる内部空間を有するモータケースを有する。推進薬は、点火されると高温で高圧の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガスが、モータケースに設けられたノズルから外部に噴出される。 The rocket motor has a motor case having an internal space in which a propellant is provided. The propellant generates high-temperature and high-pressure combustion gas when ignited. This combustion gas is ejected to the outside from a nozzle provided in the motor case.
このような燃焼ガスからモータケースへの伝熱を抑えるために、インシュレーション体が、モータケースの内壁面に取り付けられる。これにより、高温の燃焼ガスからモータケースを保護している。このようなインシュレーション体は、例えば下記の特許文献1、2に記載されている。
In order to suppress such heat transfer from the combustion gas to the motor case, the insulation body is attached to the inner wall surface of the motor case. Thereby, the motor case is protected from high-temperature combustion gas. Such an insulation body is described, for example, in
モータケースの温度上昇をさらに低減し又は遅延させることが望まれる。例えば、ロケットモータの作動時間をより長くする場合や、ロケットモータが次のように二段推力型ロケットモータである場合には、モータケースの温度上昇を低減し又は遅延させることが望まれる。 It is desirable to further reduce or delay the motor case temperature rise. For example, when the operation time of the rocket motor is made longer or when the rocket motor is a two-stage thrust type rocket motor as described below, it is desired to reduce or delay the temperature rise of the motor case.
二段推力型ロケットモータでは、モータケースの内部空間を隔壁により2つの空間に隔離し、2つの推進薬をそれぞれの空間に設ける。一方の推進薬を点火して燃焼させ、この燃焼が終わった後に設定時間が経過したら、他方の推進薬を点火する。この場合、上記設定時間の間、推進薬は燃焼していなくても、モータケースの内部空間は高温(例えば3000℃以上)になっているので、上記設定時間と、それぞれの推進薬の燃焼時間とを合わせた長時間にわたって、内部空間の高温からモータケースを保護することが望まれる。 In the two-stage thrust type rocket motor, the internal space of the motor case is separated into two spaces by a partition wall, and two propellants are provided in each space. One propellant is ignited and burned, and when the set time has elapsed after the completion of the combustion, the other propellant is ignited. In this case, even if the propellant is not burned during the set time, the internal space of the motor case is at a high temperature (for example, 3000 ° C. or higher), so the set time and the burn time of each propellant It is desired to protect the motor case from the high temperature of the internal space over a long period of time.
そこで、本発明の第1の目的は、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けるインシュレーション体であって、燃焼ガスによる内壁面の温度上昇をさらに低減し又は遅延させることができるインシュレーション体とその製造方法を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、このようなインシュレーション体を有するロケットモータを提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的は、このようなインシュレーション体に使用可能な蓄熱層形成体を提供することにある。
Accordingly, a first object of the present invention is an insulation body provided on an inner wall surface that covers an internal space where combustion gas is generated or flows, and further reduces or delays the temperature rise of the inner wall surface caused by the combustion gas. It is to provide an insulation body that can be produced and a method for producing the same.
The second object of the present invention is to provide a rocket motor having such an insulation body.
Furthermore, the third object of the present invention is to provide a heat storage layer forming body that can be used for such an insulation body.
上述の第1の目的を達成するため、本発明によると、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けるためのインシュレーション体であって、
第1層と、該第1層と前記内壁面との間に配置される第2層とを有し、
前記第2層は、単位体積と全体の少なくともいずれかについての熱容量が前記第1層よりも大きい、インシュレーション体が提供される。
In order to achieve the first object described above, according to the present invention, an insulation body is provided for an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows,
A first layer, and a second layer disposed between the first layer and the inner wall surface,
The second layer is provided with an insulation body having a heat capacity of at least one of a unit volume and the whole larger than that of the first layer.
本発明によると、熱容量が相対的に小さい第1層を燃焼ガスの存在する内部空間側に位置させ、熱容量が相対的に大きい第2層を保護対象の内壁面側に位置させた状態で、インシュレーション体を用いることができる。
内部空間側の第1層は第2層を保護する機能を有するので、第1層が燃焼ガスによって分解されて無くなるまで、熱容量が相対的に大きい第2層は内部空間からの熱を蓄える。これにより、内壁面の温度上昇を低減し又は遅延させることができる。
According to the present invention, the first layer having a relatively small heat capacity is positioned on the inner space side where the combustion gas exists, and the second layer having a relatively large heat capacity is positioned on the inner wall surface side to be protected. Insulation bodies can be used.
Since the first layer on the inner space side has a function of protecting the second layer, the second layer having a relatively large heat capacity stores heat from the inner space until the first layer is decomposed and eliminated by the combustion gas. Thereby, the temperature rise of an inner wall surface can be reduced or delayed.
上述のインシュレーション体は、好ましくは以下のように構成される。 The above-described insulation body is preferably configured as follows.
前記第2層は、前記第1層よりも密度が小さい。これにより、質量増加によるロケットモータの性能低下が防止される。 The second layer has a lower density than the first layer. Thereby, the performance fall of the rocket motor by the mass increase is prevented.
前記第1層は、前記第2層よりも耐熱性が高い。これにより、耐熱性が高い第1層は、第1層が燃焼ガスによって分解されて無くなるまでの時間を稼ぐことができる。したがって、その間、第2層は、内部空間からの熱を蓄える機能を発揮して内壁面の温度上昇を抑えることができる。 The first layer has higher heat resistance than the second layer. Thereby, the first layer with high heat resistance can earn time until the first layer is decomposed by the combustion gas and disappears. Therefore, in the meantime, the second layer can suppress the temperature rise of the inner wall surface by exhibiting the function of storing heat from the internal space.
前記第2層は、その熱容量に寄与する樹脂を含む。 The second layer includes a resin that contributes to its heat capacity.
第2層は、熱容量が比較的に大きく軽量な樹脂を有することにより、内部空間からの熱を蓄える機能を発揮できる。 The second layer can exhibit a function of storing heat from the internal space by having a resin having a relatively large heat capacity and a light weight.
第1層は、エラストマーと第1フィラーとを有し、
第2層は、エラストマーと、前記樹脂を含む第2フィラーとを有する。
The first layer has an elastomer and a first filler,
The second layer has an elastomer and a second filler containing the resin.
前記樹脂の質量は、第2層の全質量の50%以上を占める。これにより、第2層の熱容量を十分に高めることができる。 The mass of the resin occupies 50% or more of the total mass of the second layer. Thereby, the heat capacity of the second layer can be sufficiently increased.
第1層の第1フィラーはアラミド繊維である。 The first filler of the first layer is aramid fiber.
また、上述の第2の目的を達成するため、本発明によると、内部空間に推進薬が設けられたモータケースと、該モータケースの内壁面に設けられた上述のインシュレーション体とを備えるロケットモータが提供される。 In order to achieve the second object, according to the present invention, a rocket including a motor case provided with a propellant in an internal space and the above-described insulation provided on an inner wall surface of the motor case. A motor is provided.
また、上述の第3の目的を達成するため、本発明によると、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けられるインシュレーション体を構成するための蓄熱層形成体であって、
使用時に、前記インシュレーション体の第1層と第2層のうち前記第2層となって、前記第1層と前記内壁面との間に配置され、
単位体積と全体の少なくともいずれかについての熱容量が前記第1層よりも大きい蓄熱層形成体が提供される。
Further, in order to achieve the third object described above, according to the present invention, a heat storage layer forming body for constituting an insulation body provided on an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows,
At the time of use, it becomes the second layer among the first layer and the second layer of the insulation body, and is disposed between the first layer and the inner wall surface,
A heat storage layer forming body in which the heat capacity of at least one of the unit volume and the whole is larger than that of the first layer is provided.
上述の第3の目的を達成するため、本発明によると、エラストマーと、樹脂を含むフィラーとを含む蓄熱層形成体が提供される。 In order to achieve the above third object, according to the present invention, a heat storage layer forming body including an elastomer and a filler including a resin is provided.
上述の第1の目的を達成するため、本発明によると、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けるためのインシュレーション体の製造方法であって、
(A)エラストマーと第1フィラーと添加物とを混和することにより、第1組成物を生成し、
(B)第1組成物をシート状に形成することにより、第1層シートを作製し、
(C)エラストマーと、樹脂を含む第2フィラーと、添加物とを混和することにより、第2組成物を生成し、
(D)第2組成物をシート状に形成することにより、第2層シートを作製し、
(E)第1層シートと第2層シートを互いに積層することによりインシュレーション体を得る、インシュレーション体の製造方法が提供される。
In order to achieve the above first object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulation body for providing an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows.
(A) A first composition is produced by mixing the elastomer, the first filler, and the additive,
(B) A first layer sheet is produced by forming the first composition into a sheet,
(C) A second composition is produced by mixing an elastomer, a second filler containing a resin, and an additive,
(D) A second layer sheet is produced by forming the second composition into a sheet,
(E) A method for manufacturing an insulation body is provided, in which an insulation body is obtained by laminating a first layer sheet and a second layer sheet.
本発明によると、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けられインシュレーション体は、第1層と第2層を有する。内部空間側に配置される第1層は、第1層が燃焼ガスによって分解されて無くなるまで、第2層を保護できる。この間、熱容量が相対的に大きい第2層は内部空間からの熱を蓄えて、内壁面への伝熱を抑える。これにより、内壁面の温度上昇を低減し又は遅延させることができる。 According to the present invention, the insulation body provided on the inner wall surface covering the internal space where the combustion gas is generated or flows has the first layer and the second layer. The first layer arranged on the inner space side can protect the second layer until the first layer is decomposed by the combustion gas and disappears. Meanwhile, the second layer having a relatively large heat capacity stores heat from the internal space and suppresses heat transfer to the inner wall surface. Thereby, the temperature rise of an inner wall surface can be reduced or delayed.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1(A)は、本発明の実施形態によるロケットモータ20の構成を示す。ロケットモータ20は、固体の推進薬5の燃焼ガスを発生して噴出する。ロケットモータ20は、ロケット(例えば人工衛星打ち上げ用ロケット)、防衛用ロケット弾、あるいはミサイルに設けられ、噴出する燃焼ガスによりこれらを推進させる。または、ロケットモータ20は、ロケット(例えば観測用ロケット)または人工衛星に設けられ、噴出する燃焼ガスによりこれらの姿勢を変更させる。
FIG. 1A shows a configuration of a
ロケットモータ20は、モータケース3、固体の推進薬5、点火装置7、ノズル9、およびインシュレーション体10を備える。モータケース3の内部空間3a(すなわち燃焼室3a)には、推進薬5が設けられる。点火装置7が推進薬5を点火すると、推進薬5から高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスがノズル9から噴出される。
The
インシュレーション体10は、本実施形態ではシート状である。本実施形態では、インシュレーション体10は、図1(A)のように、モータケース3の内壁面3bに設けられる断熱材である。インシュレーション体10は、推進薬5の燃焼による燃焼室3aの高温(一例では約3000℃)からモータケース3を保護するために設けられる。
The
図1(B)は、図1(A)の破線で囲んだ部分Bの拡大図である。インシュレーション体10は、第1層10aと第2層10bを有する。第1層10aは、内部空間3a側に設けられ、第2層10bは、内壁面3b側に設けられ、第1層10aと内壁面3bとの間に位置する。例えば、第2層10bは、内壁面3bに貼り付けられている。
FIG. 1B is an enlarged view of a portion B surrounded by a broken line in FIG. The
第1層10aは、第2層10bよりも耐熱性が高い。耐熱性とは、熱による分解、劣化、変形、および軟化の少なくともいずれか(例えば分解)が少ない性質を意味する。本実施形態では、第1層10aは、エラストマーと第1フィラーと添加物から構成されている。このエラストマーは、バインダーとしての機能を有する。このエラストマーは、架橋されたものであってよい。第1フィラーは、機械的物性と耐熱性(例えば熱分解を少なくする性質)を向上させる機能を有する。ここで、機械的物性は、例えば、燃焼ガスの流れ又は圧力による第1層10aの形状変化を抑える性質を意味する(以下同様)。
The
第1層10aのエラストマーは、天然ゴム、合成ゴム、または両者の混合物であってよい。このエラストマーの具体例としては、不飽和結合を有し架橋を可能としたエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、ポリイソプレン構造をもつ天然ゴム、天然ゴムと同じポリイソプレン構造を有し化学合成されたイソプレンゴム、およびアクリロニトリルとブタジエンの共重合体であるアクリロニトリルブタジエンゴムがある。第1層10aのエラストマーは、これら複数の具体例のいずれか、あるいは、これら複数の具体例の2つ以上の混合物であってよい。
The elastomer of the
第1フィラーは、強化繊維、カーボンブラック、アスベスト、粒状シリカ、または、これらの混合物であってよい。この強化繊維は、好ましい一例ではアラミド繊維(すなわち芳香族ポリアミド繊維)であるが、芳香族ポリアミド系パルプ状繊維(パルプ状アラミド繊維)、炭素繊維、ガラス繊維、または他の繊維であってもよい。強化繊維は、上述した複数種類の繊維の混合物であってもよい。 The first filler may be a reinforcing fiber, carbon black, asbestos, granular silica, or a mixture thereof. The reinforcing fiber is an aramid fiber (that is, an aromatic polyamide fiber) in a preferred example, but may be an aromatic polyamide-based pulp fiber (pulp-like aramid fiber), carbon fiber, glass fiber, or other fiber. . The reinforcing fiber may be a mixture of a plurality of types of fibers described above.
第1層10aの添加物の具体例としては、鎖状ゴム分子を三次元構造に形成させるための架橋用の配合剤、ゴム製品の硬度を調整し混錬性や加工性を改善するための軟化剤や可塑剤、ゴムの劣化を防止するための老化防止剤、およびゴムの混錬や圧延時等の加工性を改善し適切な粘着性を得るための加工助剤や粘着付与剤がある。第1層10aの添加物は、これら複数の具体例のいずれか、あるいは、これら複数の具体例の2つ以上の混合物であってよい。
Specific examples of the additive for the
第2層10bは、単位体積と全体の少なくともいずれかについての熱容量が第1層10aよりも大きい。一例では、第2層10bの単位体積の熱容量は、第1層10aの当該単位体積の熱容量よりも大きい。別の例では、第2層10bの全体の熱容量は、第1層10aの全体の熱容量よりも大きい。別の例では、第2層10bの単位体積の熱容量は、第1層10aの当該単位体積の熱容量よりも大きく、かつ、第2層10bの全体の熱容量は、第1層10aの全体の熱容量よりも大きい。第2層10bは、その熱容量に寄与する樹脂を有する。
また、第2層10bは、第1層10aよりも低い密度を有する。
第2層10bは、第1層10aよりも熱容量が大きく密度が小さくなるようにするために、樹脂により構成されている。この樹脂は、例えばフェノール樹脂またはポリアミド樹脂であってよいが、他の樹脂であってもよい。
The
The
The
第2層10bを構成する樹脂は、好ましくは重量で第2層10bの50%以上を占める。好ましい一例では、第2層10bの主材料は樹脂である。ここで、主材料とは、第2層10bを形成する材料のうち質量の割合が最も高い材料を意味する。
The resin constituting the
本実施形態では、第2層10bは、エラストマーと、上述の樹脂を含む第2フィラーと、添加物とにより構成されている。
In the present embodiment, the
第2層10bのエラストマーは、バインダーとしての機能を有する。第2層10bのエラストマーは、天然ゴム、合成ゴム、または両者の混合物であってよい。第2層10bのエラストマーは、第1層10aのエラストマーの上記複数の具体例のいずれか、あるいは、上記複数の具体例の2つ以上の混合物であってよい。
The elastomer of the
第2フィラーを形成する材料のうち質量の割合が最も高い材料は、上述の樹脂である。第2フィラーの樹脂は、第2層10bに熱容量を与える機能を有する。第2フィラーは、上述した機械的物性(強度)と耐熱性を向上させる他の材料を含んでいてもよい。この他の材料には、好ましくは、繊維間に空隙を生じさせやすい上述の強化繊維を含まない。これにより、第2層10bは、その内部に空隙を有しない。したがって、第2層10bの熱容量が、空隙により低下することが防止される。第2フィラーの上記他の材料は、例えば、カーボンブラックである。
The material having the highest mass ratio among the materials forming the second filler is the above-described resin. The resin of the second filler has a function of giving a heat capacity to the
図2は、上述した本実施形態のインシュレーション体10の製造方法を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the
この製造方法は、ステップS1〜S3を有する。 This manufacturing method includes steps S1 to S3.
ステップS1では、上述した第1層10aとしての第1層シートを作製する。ステップS1は、ステップS11とステップS12を有する。
In step S1, the first layer sheet as the
ステップS11では、第1層10aの材料として上述したエラストマーと第1フィラーと添加物を混和することにより、第1組成物を得る。ステップS11は、例えば次のように行われる。
まず、第1フィラーと添加物と架橋可能な固形状エラストマーとを混合機で混練する。このように混練した物に添加材(架橋剤)を加え、この混合物を混練機で混練する。これにより、第1層10a用の第1組成物を得る。
In step S11, the first composition is obtained by mixing the above-described elastomer, the first filler, and the additive as the material of the
First, a 1st filler, an additive, and the solid elastomer which can be bridge | crosslinked are knead | mixed with a mixer. An additive (crosslinking agent) is added to the kneaded material as described above, and the mixture is kneaded with a kneader. Thereby, the first composition for the
ステップS12では、第1組成物をシート状に形成することにより第1層シートを得る。例えば、第1組成物をカレンダーロール機に通すことにより第1層シートを作製する。 In step S12, a first layer sheet is obtained by forming the first composition into a sheet. For example, the first layer sheet is produced by passing the first composition through a calender roll machine.
ステップS2では、上述した第2層10bとしての第2層シートを取得する。ステップS2は、ステップS21とステップS22を有する。
In step S2, the second layer sheet as the
ステップS21では、第2層10bの材料として、上述したエラストマーと、樹脂を含む第2フィラーと、添加物とを混和することにより、第2組成物を得る。この時に混和するエラストマーと第2フィラーの好ましい形態は、微粉末または多数の細片である。ステップS21は、例えば次のように行われる。
まず、第2フィラーと添加物と架橋可能な固形状エラストマーとを混合機で混練する。このように混練した物に添加材(架橋剤)を加え、この混合物を混練機で混練する。これにより、第2層10b用の第2組成物を得る。
In step S21, the second composition is obtained by mixing the above-described elastomer, the second filler containing resin, and the additive as the material of the
First, the second filler, the additive and the crosslinkable solid elastomer are kneaded with a mixer. An additive (crosslinking agent) is added to the kneaded material as described above, and the mixture is kneaded with a kneader. Thereby, the second composition for the
ステップS22では、第2組成物をシート状に形成することにより第2層シートを得る。例えば、第2組成物をカレンダーロール機に通すことにより第2層シートを作製する。 In step S22, a second layer sheet is obtained by forming the second composition into a sheet. For example, the second layer sheet is produced by passing the second composition through a calender roll machine.
ステップS3では、第1層シートと第2層シートを互いに積層することによりインシュレーション体10を得る。このインシュレーション体10では、第1層シートと第2層シートは互いに(例えば接着剤により)結合されている。例えば、第1層シートの表面と第2層シートの表面を互いに貼り付けることによりインシュレーション体10を得る。第1層シートと第2層シートは、それぞれ上述した第1層10aと第2層10bである。
In step S3, the
なお、第1層シートと第2シートを適宜のタイミングで加熱することにより、第1層シートと第2シートの上記エラストマーを架橋させる。 In addition, the said elastomer of a 1st layer sheet and a 2nd sheet is bridge | crosslinked by heating a 1st layer sheet and a 2nd sheet | seat at an appropriate timing.
(蓄熱層形成体)
上述した第2層10bは、本発明の実施形態による蓄熱層形成体である。蓄熱層形成体10bは、上述のインシュレーション体10を構成する。蓄熱層形成体10bは、第1層10aと独立して(例えば上述のステップS2により)製造可能である。蓄熱層形成体10bは、インシュレーション体10の構成要素として使用される時に、すなわち、インシュレーション体10を内壁面3bに設ける時に、インシュレーション体10の第1層10aと第2層10bのうち第2層10bとなって、第1層10aと内壁面3bとの間に配置される。
(Heat storage layer forming body)
The
(実施形態の作用効果)
本実施形態によるインシュレーション体10は、耐熱性が相対的に高い第1層10aと、熱容量が相対的に大きい第2層10bを有する。第1層10aを内部空間3a側に位置させ第2層10bを内壁面3b側に位置させるようにインシュレーション体10を内壁面3bに取り付ける。
耐熱性が相対的に高い第1層10aは、燃焼ガスにより熱分解されて無くなるまで、第2層10bを燃焼ガスから保護する。したがって、第1層10aが無くなるまで、熱容量が相対的に大きい第2層10bは、燃焼ガスからの熱を蓄えることにより、モータケース3の温度上昇を低減し又は遅延させることができる。
(Effect of embodiment)
The
The
その結果、例えば、次の(1)(2)を実現できる。
(1)第1層10aのみからなるインシュレーション体(以下、単層インシュレーション体という)を用いた場合と比べて、第1層10aと第2層10bを有する本実施形態のインシュレーション体10を用いた場合のほうが、ロケットモータ20の作動時間を延長できる。
(2)単層インシュレーション体よりも薄い本実施形態のインシュレーション体10によりモータケース3を熱的に保護することが可能になる。
As a result, for example, the following (1) and (2) can be realized.
(1)
(2) The
しかも、熱容量を大きくさせる第2層10bの材料として低密度な樹脂を用いているので、軽量なインシュレーション体10により、モータケース3の温度上昇を低減し又は遅延させることができる。
In addition, since the low-density resin is used as the material of the
次の[表1]は、上述した実施例の第2層10bと参考例1〜3の層の組成を示す。
The following [Table 1] shows the composition of the
表1において、EPDMはエチレン・プロピレン・ジエンゴムを表わし、NRは天然ゴムを表わす。表1において、配合比は部数(per hundred rubber)を示す。すなわち、配合比は、エラストマーの全質量を100とした場合の各材料の質量の割合を示す。 In Table 1, EPDM represents ethylene / propylene / diene rubber, and NR represents natural rubber. In Table 1, the blending ratio indicates the number of parts (per hindered rubber). That is, the compounding ratio indicates the ratio of the mass of each material when the total mass of the elastomer is 100.
図3(A)(B)は、それぞれ、実施例の第2層10bと参考例1〜3の層の密度と熱容量(単位体積あたりの熱容量)を示すグラフである。なお、図3(A)(B)では、上述の第1層10aの場合の値を基準(すなわち1)にしている。図3(A)(B)の密度と熱容量の各データは、それぞれ、1つの層だけについてのものである。
3A and 3B are graphs showing the density and heat capacity (heat capacity per unit volume) of the
図3(A)(B)のように、実施例の第2層10bは、密度が参考例1、2の層と同程度に低く、かつ、熱容量が参考例1、2よりも大幅に大きい(参考例1の2倍弱)。したがって、参考例1、2の層と同じ熱容量を達成させる場合に、実施例の第2層10bの厚みを、参考例1、2の層の厚みの半分程度にすることができる。
なお、フィラーとしてアルミナを用いた参考例3では、密度が高くなってしまう。図3(A)(B)から分かるように、フィラーとして樹脂を用いた第2層10bは、低い密度と大きい熱容量の両方を達成できる。一方、断熱用として一般的な中空粒子(参考例2)やアルミナ配合品(参考例3)では、低い密度と大きい熱容量の両方を達成できない。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
In Reference Example 3 using alumina as the filler, the density is increased. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, the
図4(A)は、同じ厚みを持つ2つの層を積層した積層体を、モータケース3の内壁面3bに取り付けた場合の伝熱解析結果を示すグラフである。図4(A)における各データは、それぞれ左側から順に、積層体が2つの第1層10aからなる場合、積層体が第1層10aと第2層10bからなる場合(すなわちインシュレーション体10の実施例の場合)、積層体が第1層10aと参考例1の層からなる場合、積層体が第1層10aと参考例2の層からなる場合、積層体が第1層10aと参考例3の層からなる場合を示す。各積層体は、第1層10aを内部空間3a側にして内壁面3bに取り付けた。図4(A)の解析では、各積層体の厚みを同じにした。
FIG. 4A is a graph showing a heat transfer analysis result when a laminate in which two layers having the same thickness are laminated is attached to the
図4(A)の結果は、各積層体に対する伝熱条件を同じにして得られたものである。すなわち、固体推進薬の燃焼ガス(約3500℃)による熱伝達と、高温になったロケットモータ内部の構造部材からの輻射加熱を、各積層体に対して模擬した。図4(A)における上記各積層体のデータは、固体推進薬の燃焼開始から320秒後のものである。 The result of FIG. 4 (A) was obtained by making the heat-transfer conditions with respect to each laminated body the same. That is, the heat transfer by the combustion gas (about 3500 ° C.) of the solid propellant and the radiant heating from the structural member inside the rocket motor that became a high temperature were simulated for each laminate. The data of each laminate in FIG. 4A is for 320 seconds after the start of combustion of the solid propellant.
図4(A)のグラフのように、2つの第1層10aの積層体と、第1層10aと参考例1の層の積層体と、第1層10aと参考例2の層の積層体では、モータケース3の温度が133℃以上であるのに対し、実施例では、モータケース3の温度が121℃であった。すなわち、実施例では、モータケース3の温度上昇を抑制できる。
また、図4(A)において、第1層10aと参考例3の積層体の場合には、モータケース3の温度が実施例の場合よりも低いが、参考例3の層の密度は、第2層10bの密度の2倍よりも大きい。したがって、重量を考慮すると、第1層10aと参考例3の積層体よりも実施例のほうが有利である。
As shown in the graph of FIG. 4A, a laminate of two
4A, in the case of the laminated body of the
図4(B)は、図4(A)における各場合の上記伝熱解析結果のより詳しいデータを示すグラフである。図4(B)において、横軸は、固体推進薬の燃焼開始時からの時間を示し、縦軸は、モータケース3の温度を示す。図4(B)において、破線のグラフは、積層体が2つの第1層10aからなる場合を示し、実線のグラフは、積層体が第1層10aと第2層10bからなる場合(すなわち実施例の場合)を示し、一点鎖線のグラフは、積層体が第1層10aと参考例1の層からなる場合または第1層10aと参考例2の層からなる場合(これら2つの場合のグラフはほぼ重なる)を示し、二点鎖線のグラフは、積層体が第1層10aと参考例3の層からなる場合を示す。
FIG. 4B is a graph showing more detailed data of the heat transfer analysis result in each case in FIG. In FIG. 4B, the horizontal axis indicates the time from the start of combustion of the solid propellant, and the vertical axis indicates the temperature of the
図4(B)のグラフのように、実施例では、モータケース3の温度を、燃焼開始時から約150秒の間、100℃以下に抑えることができる。一方、第1層10aだけの場合と参考例1、2の層を用いた場合では、150秒が経過した時点でモータケース3の温度は110℃程度になっている。
As shown in the graph of FIG. 4B, in the embodiment, the temperature of the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1〜3のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例1〜3の2つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, any one of the following modification examples 1 to 3 may be employed alone, or two or more of modification examples 1 to 3 may be arbitrarily combined and employed. In this case, the points not described below are the same as described above.
(変更例1)
図5は、上述したインシュレーション体10が設けられた二段推力型ロケットモータ30を示す。二段推力型ロケットモータ30は、モータケース3、固体の第1および第2の推進薬5a,5b、隔壁6、第1および第2の点火装置7a,7b、ノズル9、およびインシュレーション体10を備える。
(Modification 1)
FIG. 5 shows a two-stage thrust
隔壁6は、モータケース3の内部空間3aを2つの空間に隔離する。第1および第2の推進薬5a,5bは、それぞれ、隔壁6で隔離された2つの空間に設けられる。第1および第2の点火装置7a,7bは、それぞれ、第1および第2の推進薬5a,5bを点火する。第1の点火装置7aは、一方の推進薬5aを点火して燃焼させ、この燃焼が終わった後に設定時間が経過したら、第2の点火装置7bは、他方の推進薬5bを点火して燃焼させる。
The
この設定時間と、各推進薬5a,5bの燃焼時間とを合わせた長い時間にわたって、内部空間3aが高温(例えば3000℃以上)になる。この長い時間にわたってモータケース3を保護する場合にも、上述のインシュレーション体10は適している。
The
(変更例2)
インシュレーション体10は、燃焼ガスが発生し又は流れる内部空間を覆う内壁面に設けられるものであればよい。
(Modification 2)
The
(変更例3)
上述の実施形態では、インシュレーション体10は、第1層10aと第2層10b以外の層を含んでも含まなくてもよい。インシュレーション体10が第1層10aと第2層10b以外の層を含む場合、第1層10aと第2層10bとの位置関係は上述と同じである。
(Modification 3)
In the above-described embodiment, the
3 モータケース、3a 内部空間(燃焼室)、3b 内壁面、5,5a,5b 推進薬、6 隔壁、7,7a,7b 点火装置、9 ノズル、10 インシュレーション体、10a 第1層、10b 第2層(蓄熱層形成体)、20,30 ロケットモータ 3 Motor case, 3a inner space (combustion chamber), 3b inner wall surface, 5, 5a, 5b propellant, 6 partition, 7, 7a, 7b ignition device, 9 nozzle, 10 insulation body, 10a first layer, 10b first 2 layers (heat storage layer forming body), 20, 30 Rocket motor
Claims (11)
第1層と、該第1層と前記内壁面との間に配置される第2層とを有し、
前記第2層は、単位体積と全体の少なくともいずれかについての熱容量が前記第1層よりも大きい、インシュレーション体。 An insulation body for providing on an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows,
A first layer, and a second layer disposed between the first layer and the inner wall surface,
The said 2nd layer is an insulation body whose heat capacity about at least any one of a unit volume and the whole is larger than the said 1st layer.
第2層は、エラストマーと、前記樹脂を含む第2フィラーとを有する、請求項4に記載のインシュレーション体。 The first layer has an elastomer and a first filler,
The insulation body according to claim 4, wherein the second layer has an elastomer and a second filler containing the resin.
使用時に、前記インシュレーション体の第1層と第2層のうち前記第2層となって、前記第1層と前記内壁面との間に配置され、
単位体積と全体の少なくともいずれかについての熱容量が前記第1層よりも大きい蓄熱層形成体。 A heat storage layer forming body for constituting an insulation body provided on an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows,
At the time of use, it becomes the second layer among the first layer and the second layer of the insulation body, and is disposed between the first layer and the inner wall surface,
A heat storage layer forming body in which the heat capacity of at least one of the unit volume and the whole is larger than that of the first layer.
(A)エラストマーと第1フィラーと添加物とを混和することにより、第1組成物を生成し、
(B)第1組成物をシート状に形成することにより、第1層シートを作製し、
(C)エラストマーと、樹脂を含む第2フィラーと、添加物とを混和することにより、第2組成物を生成し、
(D)第2組成物をシート状に形成することにより、第2層シートを作製し、
(E)第1層シートと第2層シートを互いに積層することによりインシュレーション体を得る、インシュレーション体の製造方法。 A method of manufacturing an insulation body for providing an inner wall surface covering an internal space where combustion gas is generated or flows,
(A) A first composition is produced by mixing the elastomer, the first filler, and the additive,
(B) A first layer sheet is produced by forming the first composition into a sheet,
(C) A second composition is produced by mixing an elastomer, a second filler containing a resin, and an additive,
(D) A second layer sheet is produced by forming the second composition into a sheet,
(E) The manufacturing method of the insulation body which obtains an insulation body by laminating | stacking a 1st layer sheet | seat and a 2nd layer sheet | seat mutually.
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