JP2020037883A - 固体ロケットモータ - Google Patents
固体ロケットモータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020037883A JP2020037883A JP2018164700A JP2018164700A JP2020037883A JP 2020037883 A JP2020037883 A JP 2020037883A JP 2018164700 A JP2018164700 A JP 2018164700A JP 2018164700 A JP2018164700 A JP 2018164700A JP 2020037883 A JP2020037883 A JP 2020037883A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- propellant
- solid
- rocket motor
- thrust
- combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
固体推進薬の燃焼過程における第1段階として、固体ロケットモータは、相対的に大きな推力(以下、大推力)を必要とする。固体ロケットモータは、この大推力によって地上に設置されたロケット本体の自重を持ち上げ、上空へ向けて加速する。
従来の固体ロケットモータ51は、上述した理想的な緩急のある推力パターンに推力変化を近付けるため、この図に示すように様々な推進薬形状を組み合わせて構成されていた。
この図に示すように、固体推進薬54の燃焼面積は、時間の経過に伴い、初期の推進薬形状から固体推進薬54の表面が後退することにより徐々に変化するため、燃焼途中で推力を急激に変化させることができなかった。
この図に示すように、従来の固体ロケットモータ51は、固体推進薬の燃焼途中で推力を急激に変化させることができない。従来の固体ロケットモータ51は、特に燃焼過程の第2段階で、大推力の後に一時的に急激に推力を小さくすることができなかった。
そのため、従来のロケットが地表近くを占める密度の濃い空気層をロケットが通過する間に受ける高熱や荷重が大きく、その荷重や高熱に耐えるためにロケットの各種構造体を強固に設計せざるを得なかった。その結果、ロケット本体の質量が大きくならざるを得ず、その分、ロケットの性能が低下してしまっていた。
これにより、本発明の固体ロケットモータは、中実領域が端面燃焼する間、固体推進薬の燃焼ガス圧の圧力荷重を埋め込み中子とその周囲の固体推進薬とで配分するため、固体推進薬だけで荷重を受け持つことが無く、固体推進薬の破壊を防止することができる。その結果、燃焼面が埋め込み中子に到達するまで中実領域の破壊を防止できるため、中実領域が端面燃焼する間の固体ロケットモータの推力を小推力に維持することができる。つまり、固体推進薬の燃焼途中であっても、一時的に推力を減少させることができる。
それにより、従来の固体ロケットモータと比べてロケットが密度の濃い空気層を飛翔する際の推力を小さく設定でき、空気からの高熱や荷重が小さくなる。このためロケットの各種構造体を強固に設計する必要が無く、ロケットの性能を向上させることができる。
これにより、ロケットが密度の濃い空気層を通り抜けた後に再び推力を増加させて、ロケットを効率的に加速させることができる。
この固体ロケットモータ1のモーターケース3の内部には、固体推進薬4が充填されている。固体ロケットモータ1は、モーターケース3の内部で固体推進薬4を燃焼させることにより、高温高圧の燃焼ガスを固体ロケットモータ1の飛翔方向後方へノズル9から噴射し、ロケットに対して推力を与えるものである。
固体ロケットモータ1は、固体推進薬4の内部に全体が埋め込まれた埋め込み中子2を有する。ロケットは、埋め込み中子2が固体推進薬4に埋め込まれたまま、発射する。
後行推進薬8の内部には、埋め込み中子2の全体が埋め込まれている。
つまり、本実施形態の先行推進薬6とは、1つの固体推進薬4のうち、ノズル側の後方中空孔11の周辺の固体推進薬4を便宜的に呼ぶ呼び方である。同様に、後行推進薬8とは、1つの固体推進薬4のうち、前方の埋め込み中子2の周辺の固体推進薬4を便宜的に呼ぶ呼び方である。
なお、先行推進薬6の組成と後行推進薬8の組成は、同一でも、異なっていてもよい。
先行推進薬6に中子12が埋め込まれている場合、中子12は、燃焼ガスとの接触により短時間に焼失する燃焼特性を有することが好ましい。中子12の材料は、例えば発泡ポリプロピレンや発泡スチロール(発泡ポリスチレン)等の合成樹脂の発泡材であってもよい。
先行推進薬6の後方中空孔11には、溝やフィンが設けられていてもよい。もしくは、光芒形状、ラジアルスロット形状等により、先行推進薬6の後方中空孔11が形成されていてもよい。
埋め込み中子2は、固体推進薬4の燃焼ガス圧に耐える圧縮強度を有する中子である。具体的には、埋め込み中子2として使用するのに好ましい圧縮強度は、0.1MPa以上10.0MPa未満である。「固体推進薬4の燃焼ガス圧に耐える圧縮強度」については、図7を用いて詳しく後述する。
しかし埋め込み中子2に使用する合成樹脂の発泡材は、これに限らず、他の合成樹脂の発泡材であってもよい。
また、圧縮硬さが2.6kg/cm2の発泡ポリプロピレンは、32mm/分の速さで燃焼することが知られている。
端面燃焼時の燃焼面積は、中空孔11,15の表面が燃焼する内面燃焼に比べて減少する。そのため、中実領域13が端面燃焼される間、小推力が実現する。埋め込み中子2は、燃焼によって後退し続ける固体推進薬4の表面が後行推進薬8の前方中空孔15に到達するまで中実領域13を支持しつつ、後行推進薬8の前方中空孔内に存在し続ける。
図5は、本実施形態の固体ロケットモータ1の推力変化と従来の固体ロケットモータ51の推力変化を比較したグラフである。本実施形態の固体ロケットモータ1の推力変化を実線で示し、従来の固体ロケットモータ51の推力変化を破線で記している。このグラフのA,B,Cは、それぞれ、固体推進薬4の燃焼過程における第1段階〜第3段階の時間を表している。また、このグラフのDは、本実施形態の固体ロケットモータ1の先行推進薬6が燃焼している時間(以下、第1次燃焼時間)を表す。このグラフのDのうちのAは先行推進薬6が燃焼しており、Bは中実領域13が燃焼している。このグラフのEは、後行推進薬8が燃焼している時間(以下、第2次燃焼時間)を表す。
図6(A)は燃焼前、図6(B)は先行推進薬6の燃焼時(第1次燃焼時間D)を表している。図6(C)は、第1次燃焼時間Dが終了する直前を表しており、図6(D)は、後行推進薬8の燃焼時(第2次燃焼時間E)を表している。
まず、燃焼前の固体ロケットモータ1(図6(A))の後部に設けられた点火装置10を点火すると、先行推進薬6の中子12が点火装置10の燃焼ガスと接触し、短時間に焼失する。それにより、先行推進薬6の後方中空孔11の表面が露出して燃焼面となり(図6(B))、先行推進薬6の内面燃焼が開始する。
先行推進薬6は、後方中空孔11の表面が燃焼するにつれて燃焼面が後退する。先行推進薬6の後方中空孔11が複雑な形状を構成することにより(図6(B))、より多くの燃焼面積が確保され、その結果、図5のAに示すように、第1段階Aに必要な大推力を発生させる。それにより、先行推進薬6の後方中空孔11の周囲の固体推進薬4が、比較的早い段階で焼失する(図6(C))。
上述したように、先行推進薬6の後方中空孔11の前端部と後行推進薬8の前方中空孔15の後端部との間には、固体推進薬4が中実に充填された中実領域13が存在する。先行推進薬6の半径方向の燃焼面が後退し、モーターケース3の外径に到達すると、燃焼面積が減少し、推力が低下する。この間も機軸方向に燃焼面の表面後退は進み、中実領域13が端面燃焼式によって燃焼する(図6(C))。これにより、図5のBに示すように、本実施形態の固体ロケットモータ1は、第2段階Bの推力が大推力から大幅に減少し、第2段階Bで小推力を実現できる。
次いで、図6(C)で端面燃焼が中実領域13を前方へ進み、その燃焼面が後行推進薬8の前方中空孔15に到達すると、燃焼ガスと埋め込み中子2が接触することによって埋め込み中子2が短時間に焼失する。それにより、後行推進薬8の前方中空孔15の表面が燃焼ガスに対して露出し、後行推進薬8の内面燃焼が開始する(図6(D))。これにより、後行推進薬8の表面積に応じた推力が発生する。その結果、図5のCに示すように第3段階Cとして、推力が再び増加し、濃い空気層を抜けたロケットが効率的に加速するのに必要な推力(中推力)を確保する。中推力は、後行推進薬8の前方中空孔15の周囲の固体推進薬4が焼失するまで所定時間、持続する。
ここで、固体推進薬4の燃焼時の燃焼ガス圧は、約12MPaである。しかし、固体推進薬4の燃焼ガス圧に耐えるために、埋め込み中子2に、12MPaもの圧縮強度が必要なわけではない。
すなわち固体推進薬4は、圧縮しない(すなわち体積変化しない)性質をもつゴムのような物質である。例えば拘束が一切ない固体推進薬4の一箇所を押すと、その一箇所以外の箇所が膨らみ、全体の体積は変わらない。固体ロケットモータ1のように固体推進薬4の周りがモーターケース3に拘束されている場合には、固体推進薬4の一箇所を押しても、その箇所以外の箇所が拘束により膨らめない。この場合、固体推進薬4の全体が硬くなり(圧縮硬さが変化し)、体積変化しないようになる。固体推進薬4は、この性質により、空洞を有さずに全て固体推進薬4で充填された場合であれば、高圧の燃焼ガス圧に耐えることができる。
これにより、本実施形態の固体ロケットモータ1は、埋め込み中子2が前方中空孔15に埋め込まれていることで、後行推進薬8の全体が圧縮場となり、後行推進薬8が固体推進薬4の燃焼ガス圧に耐えるようになる。
本実施形態の固体ロケットモータ1は、モーターケース3の内部の後行推進薬8の位置に埋め込み中子2を入れ、固体推進薬4を注型して硬化させ、埋め込み中子2を取り除かないままノズル9と点火装置10を組み付けることによって製造する。
先行推進薬6の組成と後行推進薬8の組成が同一の場合は、後行推進薬8の埋め込み中子2と先行推進薬6の中子を同時にモーターケース3に入れ、モーターケース3の後端部まで固体推進薬4を注型して硬化させる。
これにより、本実施形態の固体ロケットモータ1を、製造することができる。
また、小推力に維持する時間は、例えば、中実領域13の厚さや固体推進薬4の種類を変えることで調整できる。
4 固体推進薬、6 先行推進薬、8 後行推進薬、
9 ノズル、10 点火装置、11 後方中空孔、
12 中子、13 中実領域、14 亀裂、
15 前方中空孔、
51 固体ロケットモータ、54 固体推進薬、
A 第1段階、B 第2段階、C 第3段階、
D 第1次燃焼時間、E 第2次燃焼時間
Claims (5)
- 固体推進薬の内部に全体が埋め込まれた埋め込み中子を有し、該埋め込み中子は、前記固体推進薬の燃焼ガス圧に耐える圧縮強度を有する、固体ロケットモータ。
- 前記固体推進薬は、先行して燃焼する先行推進薬と、該先行推進薬の後に燃焼する後行推進薬とを有し、
前記埋め込み中子は、前記後行推進薬の内部に全体が埋め込まれている、請求項1に記載の固体ロケットモータ。 - 前記先行推進薬は、後方中空孔を有し、
前記固体ロケットモータは、前記後行推進薬の内部に埋め込まれた前記埋め込み中子の後端部と前記先行推進薬の前記後方中空孔の前端部との間に前記固体推進薬が中実に充填された中実領域を有する、請求項2に記載の固体ロケットモータ。 - 前記埋め込み中子は、合成樹脂の発泡材である、請求項1〜3のうちの何れか一項に記載の固体ロケットモータ。
- 前記埋め込み中子は、発泡ポリプロピレンである、請求項4に記載の固体ロケットモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018164700A JP7128690B2 (ja) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 固体ロケットモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018164700A JP7128690B2 (ja) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 固体ロケットモータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020037883A true JP2020037883A (ja) | 2020-03-12 |
JP7128690B2 JP7128690B2 (ja) | 2022-08-31 |
Family
ID=69737690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018164700A Active JP7128690B2 (ja) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 固体ロケットモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7128690B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113653571A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-16 | 北京机械设备研究所 | 固体推进剂的燃烧稳流装置及固体发动机燃烧发生器 |
CN114060168A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-18 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种大初始推力端燃装药固体火箭发动机 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3196735A (en) * | 1962-06-12 | 1965-07-27 | John E Baldwin | Method of casting a foam-cored rocket propellant grain |
JP2012144999A (ja) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Toshiba Corp | 2パルス飛翔体 |
-
2018
- 2018-09-03 JP JP2018164700A patent/JP7128690B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3196735A (en) * | 1962-06-12 | 1965-07-27 | John E Baldwin | Method of casting a foam-cored rocket propellant grain |
JP2012144999A (ja) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Toshiba Corp | 2パルス飛翔体 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113653571A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-16 | 北京机械设备研究所 | 固体推进剂的燃烧稳流装置及固体发动机燃烧发生器 |
CN113653571B (zh) * | 2021-08-16 | 2022-11-08 | 北京机械设备研究所 | 固体推进剂的燃烧稳流装置及固体发动机燃烧发生器 |
CN114060168A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-18 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种大初始推力端燃装药固体火箭发动机 |
CN114060168B (zh) * | 2021-11-05 | 2024-01-19 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种大初始推力端燃装药固体火箭发动机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7128690B2 (ja) | 2022-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2279389B1 (fr) | Projectile ou munition cinetique a effets controles ou non letale | |
US9046332B2 (en) | Projectile assembly with stabilization/obturation enhancement | |
KR102231578B1 (ko) | 소형 화기 또는 경화기용 발사체 몸체 및 그에 부합하는 탄환 | |
RU2315943C2 (ru) | Устройство защитного кожуха для корпуса снаряда | |
EP1342981B1 (en) | Gun-launched rocket | |
US6619029B2 (en) | Rocket motors with insensitive munitions systems | |
EP2997310B1 (fr) | Cartouche avec étui sans collet | |
JP2020037883A (ja) | 固体ロケットモータ | |
US3698321A (en) | Rocket assisted projectile | |
US3628457A (en) | Rocket-assisted projectile or gun-boosted rocket with supported propellant grain | |
US3547030A (en) | Rocket and cartridge case therefor | |
US20090205313A1 (en) | Fast Response Solid Fuel Rocket Motor | |
JP2019049228A (ja) | ロケットモータ | |
JP2019503470A (ja) | 弾頭 | |
US4856276A (en) | Variable mass flow rate solid propellant grain | |
KR20210019189A (ko) | 램제트 기관을 구비하는 발사체 | |
JP6620039B2 (ja) | ロケットモータ | |
US20130019587A1 (en) | Thruster devices and methods of making thruster devices for use with thrust vector control systems | |
JP5576256B2 (ja) | 飛翔体射出装置 | |
US3283721A (en) | Reaction type missile | |
FR2506925A1 (fr) | Projectile destine a etre lance par un tube | |
US3000317A (en) | Tapered tubular propellant grain | |
CN114233517B (zh) | 一种用于高过载固体火箭发动机及其药型设计方法 | |
JP4091916B2 (ja) | 暴発防止システムを備えるロケットエンジン | |
US20240167797A1 (en) | Propellant charge and cannon shell therewith |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220414 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220415 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220516 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220817 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220819 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7128690 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |