JP2022003249A - 推進薬の製造方法および推進薬製造装置 - Google Patents

推進薬の製造方法および推進薬製造装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2022003249A
JP2022003249A JP2020108060A JP2020108060A JP2022003249A JP 2022003249 A JP2022003249 A JP 2022003249A JP 2020108060 A JP2020108060 A JP 2020108060A JP 2020108060 A JP2020108060 A JP 2020108060A JP 2022003249 A JP2022003249 A JP 2022003249A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
propellant
producing
pressure vessel
combustion
layer
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.)
Pending
Application number
JP2020108060A
Other languages
English (en)
Inventor
世起 西川
Seiki Nishikawa
千矢子 三原
Chiyako Mihara
佑 鈴木
Yu Suzuki
克典 家城
Katsunori Yashiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2020108060A priority Critical patent/JP2022003249A/ja
Priority to US17/354,310 priority patent/US20210395162A1/en
Publication of JP2022003249A publication Critical patent/JP2022003249A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0033—Shaping the mixture
    • C06B21/0058—Shaping the mixture by casting a curable composition, e.g. of the plastisol type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0033—Shaping the mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/12—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product having contiguous layers or zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/10—Shape or structure of solid propellant charges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

【課題】より高性能なロケットモータを製造するための推進薬の製造方法および推進薬製造装置を提供する。【解決手段】推進薬５１，５２，５３の製造方法は、点火時に燃焼が開始する第１表面と、燃焼を妨げる壁面で覆われた第２表面とを有する推進薬グレインを備える推進薬５１，５２，５３の製造方法である。この製造方法は、第１燃焼速度を有する第１推進薬の一部を、第２表面に接する第１位置を含む第１空間に配置することと、第１燃焼速度より速い第２燃焼速度を有する第２推進薬の一部を、第１推進薬に接する第２位置を含む第２空間に配置することとを含む。この製造方法は、さらに、第２燃焼速度より速い第３燃焼速度を有する第３推進薬の一部を、第１表面に接する第３位置を含む第３空間に配置することを含む。この製造方法は、さらに、第１推進薬、第２推進薬および第３推進薬の全体を一度に完全硬化して推進薬グレインを生成すること含む。【選択図】図８Ｃ

Description

本発明は推進薬の製造方法および推進薬製造装置に関し、例えば、飛しょう体のロケットモータやガスジェネレータなどに用いる推進薬の製造方法および推進薬製造装置に好適に利用できるものである。
固体推進薬を用いるロケットモータやガスジェネレータを飛しょう体などに用いる場合がある。一般的に、固体推進薬は単一の推進薬で製造される。また、固体推進薬は、材料を混ぜた後に注型する方法で成形される。
ロケットモータやガスジェネレータは、圧力容器の中で推進薬を燃焼すると、燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスをノズルから噴射することによって推進力を得ることができる。燃焼ガスによる燃焼圧力は、推進薬が燃焼する燃焼面の面積に応じて変化する。例えば、推進薬が単純な円筒形状であり、その内側壁面が燃焼する場合には、燃焼が進むにつれて燃焼面の面積が広がるため、燃焼圧力が上昇する。圧力容器には、燃焼圧力の最大値に耐える構造が必要である。したがって、燃焼圧力の最大値が大きければ大きいほど、圧力容器の質量は増加する。ロケットモータやガスジェネレータの性能を向上するためには、圧力容器の質量を抑制することが考えられる。
燃焼圧力の最大値を抑制することで、圧力容器の質量を抑制することができる。そのための手法として、推進薬の形状に、スロットや光芒などの空隙を設ける場合がある。この場合、スロットや光芒の表面が燃焼面となるので、単純な円筒形状の場合と比較して燃焼開始時の燃焼圧力が上がる。その後、燃焼が進むにつれてスロットや光芒の形状に応じて燃焼面の面積が変化するので、単純な円筒形状に比べ燃焼開始時と終了時の燃焼面積の差を小さくできる。その結果、単純な円筒形状の場合と比較して燃焼圧力の時間変化量を減らすことができる。その一方で、スロットや光芒の分だけロケットモータに搭載できる推進薬が減る。ロケットモータの性能を向上するために、より多くの推進薬を搭載することが考えられる。
上記に関連して、特許文献１（特許第６５８７２３１号）には、マルチパルスロケットモータが開示されている。このマルチパルスロケットモータは、圧力容器と、３個以上の中空筒形状の推進薬と、ノズルと、点火器と、隔膜部材と、を備える。ここで、推進薬は、圧力容器の内部にこの圧力容器の長手方向に沿って配列されている。ノズルは、圧力容器の後端に設けられている。点火器は、要求される複数回のタイミングで、要求される推力を発生させるために、圧力容器の内部において、この要求される推力の発生に応じた個数の推進薬の各々を点火する。隔膜部材は、圧力容器の内部において推進薬のうちの第１推進薬以外の推進薬の各々を隔離する。マルチパルスロケットモータは、隔膜部材が、この隔膜部材の一部にこの隔膜部材の他部よりも脆弱な脆弱部を有しており、脆弱部が、隔膜部材の全体に亘って配設されていることを特徴とする。
また、特許文献２（特許第６５２４０８３号）には、多層推進薬グレインを製造する方法が開示されている。この方法は、第１の推進薬製剤を提供するステップと、物質が内側を通って押し出される時に、外殻および中空の内部を有する構造を提供するよう構成された型を提供するステップとを含む。この方法は、さらに、第１の推進薬製剤を、型を通して押し出して、中空の内部を規定する外殻を有する第１の推進薬層を、複数の開口端部を有する通路の形状で製造するステップと、０から２０００パスカル秒の押し出し時の粘性を有するような低粘性のゲル、液体、あるいは、ペーストであり、押し出し時の粘性が第１の推進薬製剤の押し出し時の粘性よりも低い第２の推進薬製剤を提供するステップとを含む。この方法は、さらに、通路内への注入の直後において低粘性のゲル、液体、あるいは、ペーストである第２の推進薬製剤を、第１の推進薬層によって規定される通路に注入して、通路内に配置される第２の推進薬層を形成するステップであって、第２の推進薬製剤の注入は、第１の推進薬製剤の押し出しとほぼ同時に行われるステップと、低粘性よりも、通路内の第２の推進薬層の流出を防ぐのに十分に大きな粘性を第２の推進薬層が得るように、注入するステップの後に第２の推進薬層を硬化させるステップと、を含む。ここで、第１および第２の推進薬層は、燃焼速度が異なる。
特許文献２には、推進薬を多層化する方法が開示されている。特許文献２の方式では、複数の推進薬を個別に硬化させた後に再度注型する。したがって、複数の推進薬の形状は段階的な層状になる。また、特許文献２の方法では、層の数を増やすたびに、材料の混和と、注型と、硬化とからなる一連の工程を繰り返す必要があり、製造コストがかさむ。また、最初の層は複数回硬化することになり、硬化の回数が増えれば推進薬の劣化が進んでしまう。さらに、燃焼圧力を平準化する観点では、各層の厚さを十分に薄くすることが困難であると考えられる。
特許第６５８７２３１号公報 特許第６５２４０８３号公報
以上の観点などから、より高性能なロケットモータやガスジェネレータを製造するための推進薬の製造方法および推進薬製造装置を提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
一実施の形態によれば、推進薬（５１、５２、５３、５４、５５）の製造方法は、点火時に燃焼が開始する第１表面と、燃焼を妨げる壁面（６、２１）に接合された第２表面とを有する推進薬グレイン（５１、５２、５３、５４、５５）を備えるロケットモータ（２）の製造方法である。この製造方法は、第１燃焼速度を有する第１推進薬（５１）の一部を、第２表面（６、２１）に接する第１位置を含む第１空間に配置すること（Ｓ０２）と、第１燃焼速度より速い第２燃焼速度を有する第２推進薬（５２）の一部を、第１推進薬（５１）に接する第２位置を含む第２空間に配置すること（Ｓ０２）とを含む。この製造方法は、さらに、第２燃焼速度より速い第３燃焼速度を有する第３推進薬（５３）の一部を、第１表面に接する第３位置を含む第３空間に配置すること（Ｓ０２）を含む。この製造方法は、さらに、第１推進薬（５１）、第２推進薬（５２）および第３推進薬（５３）の全体を一度に完全硬化して推進薬グレイン（５１、５２、５３、５４、５５）を生成すること（Ｓ０４）含む。
一実施の形態によれば、推進薬製造装置（７）は、点火時に燃焼が開始する第１表面と、燃焼を妨げる壁面（６、２１）に接合された第２表面とを有する推進薬グレイン（５１、５２、５３、５４、５５）を製造する装置である。第１の態様に係る推進薬製造装置（７）は、支持装置（７７）と、ヘッド（７１）と、ヘッド移動装置（７６）と、制御装置（７８）と、硬化装置（７９）とを備える。支持装置（７７）は、壁面（６、２１）を支持する。ヘッド（７１）は、第１推進薬（５１）を、壁面（６、２１）に接する位置を含む空間に配置する。ヘッド（７１）は、さらに、第１推進薬（５１）とは燃焼速度が異なる第２推進薬（５２）と、第１推進薬（５１）および第２推進薬（５２）とは燃焼速度が異なる第３推進薬（５３）とを、制御装置（７８）の制御下で所定の位置を含む所定の空間に配置する。ヘッド移動装置（７６）は、ヘッド（７１）を移動して壁面（６、２１）に対するヘッド（７１）の位置を調整する。制御装置（７８）は、支持装置（７７）、ヘッド（７１）およびヘッド移動装置（７６）を制御する。硬化装置（７９）は、第１推進薬（５１）、第２推進薬（５２）および第３推進薬（５３）の全体を一度に完全硬化して推進薬グレイン（５１、５２、５３、５４、５５）を生成する。
前記一実施の形態によれば、より高性能なロケットモータやガスジェネレータを製造するための推進薬を製造することが出来る。
図１は、一実施形態による飛しょう体の一構成例を示す断面図である。 図２Ａは、関連技術によるロケットモータの一構成例を示す断面図である。 図２Ｂは、図２Ａのロケットモータの動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフである。 図３Ａは、別の関連技術によるロケットモータの一構成例を示す断面図である。 図３Ｂは、図３Ａのロケットモータの動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフである。 図４Ａは、一実施形態によるロケットモータの一構成例を示す断面図である。 図４Ｂは、図４Ａのロケットモータの動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフである。 図５は、一実施形態による推進薬製造装置の一構成例を示す図である。 図６は、一実施形態による推進薬の製造方法の一構成例を示すフローチャートである。 図７Ａは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図７Ｂは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図７Ｃは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図８Ａは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図８Ｂは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図８Ｃは、一実施形態による推進薬の製造方法の一工程における推進薬の一状態例を示す断面図である。 図９は、一実施形態によるロケットモータの一構成例を示す断面図である。 図１０は、一実施形態によるロケットモータの一構成例を示す断面図である。
添付図面を参照して、本発明による推進薬の製造方法および推進薬製造装置を実施するための形態を以下に説明する。各実施形態において、ロケットモータに用いる推進薬について説明するが、同様の推進薬をガスジェネレータに用いることも可能である。
（第１の実施形態）
図１を参照して、本実施形態による推進薬の製造方法および推進薬製造装置によって製造される推進薬を備えるロケットモータを、例えば、飛しょう体に用いることができることについて説明する。図１は、一実施形態による飛しょう体１の一構成例を示す断面図である。図１の飛しょう体１は、ロケットモータ２と、制御装置３と、ペイロード４とを備えている。ロケットモータ２は、その内部の推進薬を点火する点火装置２２を備える。点火装置２２は、制御装置３によって制御されてもよい。図１の飛しょう体１は、ロケットモータ２の推進力によってペイロード４を目的地まで運ぶことができる。飛しょう体１の形状は、機軸１０を中心とする回転対称性を有していてもよい。
本実施形態による推進薬の製造方法および推進薬製造装置のより良い理解のために、先に関連技術によるロケットモータについて、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。
図２Ａは、関連技術によるロケットモータ２００Ａの一構成例を示す断面図である。図２Ａのロケットモータ２００Ａは、圧力容器２１と、ノズル２３と、推進薬５とを備えている。図２Ａの圧力容器２１は、円筒型の形状を有しており、その一端はノズル２３によって開口しており、その他端には図示しない点火装置２２が配置されている。推進薬５は、筒状の形状を有しており、外側面と、内側面と、ノズル２３側の端面と、点火装置２２側の端面とを有している。推進薬５は、圧力容器２１の内部に配置されており、推進薬５の外側面は圧力容器２１の内壁に接している。点火装置２２が推進薬５を点火すると、推進薬５の表面のうち、露出している内側面および両端面が燃焼を始める。
図２Ｂは、図２Ａのロケットモータ２００Ａの動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフＧ１である。図２ＢのグラフＧ１において、横軸は時間を表し、縦軸は圧力容器２１の内部における燃焼圧力を表す。推進薬５の燃焼が進むにつれて、推進薬５の形状は変化して、特にその内側面の面積が増加する。推進薬５の燃焼面積が増加するにつれて、燃焼圧力は上昇する。燃焼圧力の右肩上がりの変動は、推進薬５の燃焼が完了するまで続く。
圧力容器２１には、燃焼圧力の最大値に耐える構造が必要である。したがって、燃焼圧力の最大値が大きければ大きいほど、圧力容器２１の質量は増加する。ロケットモータ２００Ａの性能を向上するために、圧力容器２１の質量を抑制することが考えられる。
この観点から、燃焼圧力の最大値を抑制することで、圧力容器２１の質量を抑制することができる。そのための手法として、推進薬５の形状に、スロットや光芒などの空隙を設ける場合がある。ここで、スロットとは、機軸１０に直交する平面を含むように設けられた空隙である。また、光芒とは、機軸１０を含む平面を含むように設けられた空隙である。スロットを設けたロケットモータについて、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
図３Ａは、別の関連技術によるロケットモータ２００Ｂの一構成例を示す断面図である。図３Ａのロケットモータ２００Ｂは、図２Ａのロケットモータ２００Ａにスロット５０を設けることで得られる。スロット５０を設けた図３Ａのロケットモータ２００Ｂでは、図２Ａのロケットモータ２００Ａと比較して、推進薬５の表面積が増加している。
図３Ｂは、図３Ａのロケットモータ２００Ｂの動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフＧ２である。図３ＢのグラフＧ２において、横軸は時間を表し、縦軸は圧力容器２１の内部における燃焼圧力を表す。図３Ａの例において、表面積の増分は、燃焼開始時の燃焼面積の増分に等しい。したがって、図３Ａのロケットモータ２００Ｂでは、図２Ａのロケットモータ２００Ａと比較して、燃焼開始時の燃焼圧力が増加する。燃焼が進むにつれてスロット５０の形状に応じて燃焼面の面積が変化するので、図２Ａのような単純な円筒形状と比べ燃焼開始時と終了時の燃焼面積の差を小さくできる。その結果、図２Ａのロケットモータ２００Ａと比較して、燃焼圧力の時間変化量を減らすことができる。
なお、光芒を設ける場合については、得られる効果はスロット５０を設ける場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
図３Ａの例では、スロット５０の分だけ、ロケットモータ２００Ｂに搭載できる推進薬５が減る。ロケットモータ２００Ｂの性能を向上するためには、より多くの推進薬５を搭載することが考えられる。
以上を鑑みて、発明者は、推進薬５に空隙を設けずに燃焼圧力を平準化することのできる推進薬の製造方法と、この製造方法を用いる推進薬製造装置を以下のように提案する。このようなロケットモータについて、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
図４Ａは、一実施形態によるロケットモータ２の一構成例を示す断面図である。図４Ａのロケットモータ２は、例えば、図２Ａのロケットモータ２００Ａの推進薬５を、３種類の推進薬５１、５２、５３に置き換え、レストリクタ６を追加することで得られる。レストリクタ６は、推進薬５１、５２、５３のうち、レストリクタ６と接する面の燃焼を妨げるために使用される。
推進薬５１、５２、５３の集合体は、図２Ａの推進薬５と同様に筒状の形状を有している。言い換えれば、この集合体は、外側面と、内側面と、ノズル２３側の端面と、点火装置２２側の端面とを有している。この集合体は、圧力容器２１の内部に配置されており、集合体の外側面は圧力容器２１の内壁に接合している。
レストリクタ６は、この集合体の点火装置２２側の端面を覆うように接合されている。そのため、推進薬５１、５２、５３の集合体が点火装置２２によって点火するとき、集合体の表面のうち、内側面およびノズル２３側の端面は燃焼を開始するが、点火装置２２側の端面は、レストリクタ６によって覆われているため、点火時から最後まで燃焼しない。
また、圧力容器２１の内壁も、推進薬５１、５２、５３のうち、この内壁に接合する部分の燃焼を妨げる。そのため、集合体の表面のうち、外側面も、圧力容器２１の内壁に接合しているため燃焼しない。
第１の推進薬５１は、圧力容器２１の内壁に接合されている。第３の推進薬５３は、集合体の内側面およびノズル２３側の端面に沿うように配置されている。第２の推進薬５２は、第１の推進薬５１および第３の推進薬５３の間に配置されている。第２の推進薬５２の一部および第３の推進薬５３の一部は、圧力容器２１の内壁に接合していてもよい。
３種類の推進薬５１、５２、５３は、燃焼速度がそれぞれ異なる。一例として、これら３種類の推進薬５１、５２、５３の中で、第１推進薬５１の燃焼速度が最も遅く、第３推進薬５３の燃焼速度が最も速く、第２推進薬５２の燃焼速度は第１の推進薬５１の燃焼速度より速く、かつ、第３の推進薬５３の燃焼速度より遅い。
図４Ｂは、図４Ａのロケットモータ２の動作時における燃焼圧力の時間変化の一例を示すグラフＧ３である。図４ＢのグラフＧ３において、横軸は時間を表し、縦軸は圧力容器２１の内部における燃焼圧力を表す。点火装置２２が点火すると、まず、第３の推進薬５３が燃焼を開始する。このとき、第２の推進薬５２および第１の推進薬５１は、第３の推進薬５３、圧力容器２１の内壁およびレストリクタ６によって覆われているため、点火時には燃焼しない。
第３の推進薬５３の燃焼が進んで第３の推進薬５３が焼失すると、第２の推進薬５２が露出して燃焼を開始する。このとき、まだ残っている第２の推進薬５２および第１の推進薬５１の集合体の形状は筒状であるが、その内側面の面積は、燃焼を開始する前の、推進薬５１、５２、５３の集合体の内側面の面積より、大きい。しかし、第２の推進薬５２の燃焼速度が第３の推進薬５３の燃焼速度より遅いため、圧力容器２１の内部の燃焼圧力は、第３の推進薬５３の燃焼が開始した時点とほぼ同じに保たれる。
第２の推進薬５２の燃焼が進んで第２の推進薬５２が焼失すると、第１の推進薬５１が露出して燃焼を開始する。このとき、まだ残っている第１の推進薬５１の形状は筒状であるが、その内側面の面積は、燃焼を開始する前の、第２の推進薬５２および第１の推進薬５１の集合体の内側面の面積より、大きい。しかし、第１の推進薬５１の燃焼速度が第２の推進薬５２の燃焼速度より遅いため、圧力容器２１の内部の燃焼圧力は、第２の推進薬５２の燃焼が開始した時点とほぼ同じに保たれる。
このように、本実施形態によるロケットモータ２では、燃焼が進むにつれて推進薬５１、５２、５３の集合体の内壁面の面積が増える一方で、すなわち燃焼面積が増える一方で、そのときに燃焼する第１の推進薬５１、第２の推進薬５２および第３の推進薬５３の燃焼速度を適切に設定しておくことによって、圧力容器２１の内部の燃焼圧力をほぼ一定に保つことが可能となる。
その結果、本実施形態によるロケットモータ２では、圧力容器２１の質量を抑制することが可能となる。また、スロット５０や光芒などの空隙を設ける必要が無いので、本実施形態によるロケットモータ２では、その分、より多くの推進薬５１、５２、５３を搭載することができる。言い換えれば、本実施形態によれば、より高性能なロケットモータ２を提供することができる。
本実施形態による推進薬５１、５２、５３を製造する装置について、図５を参照して説明する。図５は、一実施形態による推進薬製造装置７の一構成例を示す図である。図５の推進薬製造装置７は、ヘッド７１と、流路７２と、容器７３と、ヘッド移動装置７６と、圧力容器回転装置７７と、制御装置７８と、硬化装置７９とを備える。制御装置７８は、例えば、演算装置、記憶装置、入出力インタフェースなどを備えるコンピュータであってもよい。
推進薬製造装置７は、いわゆる積層型の３Ｄ（３ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ：三次元）プリンタとして機能してもよい。すなわち、推進薬製造装置７は、制御装置７８の制御下で、容器７３に蓄えられた推進薬を、流路７２を介してヘッド７１に供給し、ヘッド７１の出口から出力し、圧力容器２１の内部に積層する。ここで、容器７３の推進薬は、硬化する前の推進薬であって、適切な流動性を有している。容器７３と流路７２をまとめて、ヘッド７１に硬化前の推進薬を供給する推進薬供給装置と呼んでもよい。
また、圧力容器回転装置７７は、制御装置７８の制御下で、圧力容器２１を回転する。圧力容器回転装置７７は、圧力容器２１を支持する支持装置としての機能も有する。圧力容器２１を回転する回転軸は、飛しょう体１の機軸１０であってもよい。圧力容器回転装置７７は、圧力容器２１を回転することによって、圧力容器２１とヘッド７１の、圧力容器２１の円周方向の位置関係を制御することができる。図５の例では、回転軸としての機軸１０が水平方向に描かれているが、本実施形態はこの例に限定されない。別の例として、回転軸としての機軸１０が鉛直方向を向くように圧力容器２１を支持してもよい。
ヘッド移動装置７６は、制御装置７８の制御下で、ヘッド７１を適切な位置に移動してもよい。図５の例では、ヘッド７１は、機軸１０を通る平面の中で、機軸１０に対して平行な方向（Ｘ軸方向）に移動してもよく、機軸１０に直交する方向（Ｙ軸方向）つまり圧力容器２１の半径方向に移動してもよい。ヘッド移動装置７６は、ヘッド７１を移動することによって、圧力容器２１とヘッド７１の、圧力容器２１の回転軸方向と半径方向の位置関係を制御することができる。
本実施形態による推進薬製造装置７が推進薬５１、５２、５３の集合体を製造する方法について、図６を参照して説明する。図６は、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一構成例を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、第１ステップＳ０１から第４ステップＳ０４までの、合計４のステップを含んでいる。ここでは、一例として、図４Ａの推進薬５１、５２、５３の集合体を製造する場合について説明する。
図６のフローチャートが開始するとき、推進薬製造装置７は初期化されてもよい。初期化の一例として、制御装置７８、ヘッド移動装置７６および圧力容器回転装置７７を初期化してもよい。制御装置７８の初期化として、製造する推進薬の形状に係るデータを読み込んでもよいし、圧力容器２１およびヘッド７１の位置関係を制御するためのプログラムを読み込んでもよい。ヘッド移動装置７６の初期化として、ヘッド７１をプログラムに基づいて初期位置に配置してもよい。圧力容器回転装置７７の初期化として、圧力容器２１をプログラムに基づいて初期位置に配置してもよい。
第１ステップＳ０１において、推進薬製造装置７は、推進薬５１、５２、５３を用意する。図７Ａの場合は、まず、第１の推進薬５１を容器７３Ａに用意する。容器７３Ａに用意された第１の推進薬５１は、流路７２を介してヘッド７１の出口まで達していてもよい。第１ステップＳ０１の後、第２ステップＳ０２が実行される。
第２ステップＳ０２において、推進薬製造装置７は、圧力容器２１の内部に推進薬５１、５２、５３を積層する。図７Ａは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１の一状態例を示す断面図である。推進薬製造装置７は、ヘッド７１が第１の推進薬５１を圧力容器２１の内壁に接するように出力し続ける間に、圧力容器回転装置７７によって圧力容器２１を回転方向７０に回転する。こうすることによって、第１の推進薬５１が圧力容器２１の内壁に接合されたリング状に配置される。言い換えれば、第１の推進薬５１は、ヘッド７１の位置を含むリング状の空間に配置される。推進薬製造装置７は、さらに、ヘッド７１が第１の推進薬５１を出力し続け、かつ、圧力容器回転装置７７が圧力容器２１を回転し続ける間に、ヘッド７１を機軸１０に対して平行に移動する。こうすることによって、第１の推進薬５１が、圧力容器２１の内壁に接合されたリングの集合体として、筒状に配置される。ヘッド７１が、点火装置２２側の端面に対応する位置から、ノズル２３側の端面に対応する位置まで移動するとき、第１の推進薬５１の第１の単位層が圧力容器２１の内壁に接合するように配置される。
推進薬製造装置７は、次に、第１の推進薬５１の第２の単位層を、第１の単位層の内側面に接するように配置する。そのために、推進薬製造装置７は、ヘッド７１を、単位層の厚さに対応する距離だけ機軸１０に近づけるように移動する。ヘッド７１がこの移動を行う間、圧力容器回転装置７７は圧力容器２１を回転し続けていてもよい。また、ヘッド移動装置７６は、ヘッド７１を所望の位置に移動する間に、第１の単位層から十分に離れた位置まで移動してから所望の位置に移動してもよい。さらに、ヘッド７１は、ヘッド７１の移動が完了するまで、第１の推進薬５１の出力を停止してもよい。
ヘッド７１の移動が完了すると、推進薬製造装置７は、第１の単位層の内側面に接合するように、第２の単位層を積層する。すなわち、第１の単位層の場合と同様に、圧力容器２１を回転しながら、かつ、ヘッド７１を移動しながら、ヘッド７１から第１の推進薬５１を出力することによって、第２の単位層を、第１の単位層の内側面に接合するように積層することができる。
推進薬製造装置７は、第１の推進薬５１の単位層の積層を、所望する厚さに達するまで繰り返す。この繰り返しを行う回数は、プログラムによって事前に設定されていてもよい。第１の推進薬５１の、圧力容器２１の半径方向の厚さが所望する厚さに達すると、第３ステップＳ０３が実行される。
第３ステップＳ０３において、推進薬製造装置７は、全ての層を積層したかどうかを判定する。ここでは、第１の推進薬５１で構成された第１の層だけが積層されているので、判定の結果は「ＮＯ」である。この場合、第３ステップＳ０３の後、第１ステップＳ０１が再度実行される。なお、判定の結果が「ＹＥＳ」であった場合については、後述する。
第１ステップＳ０１が２度目に実行されると、推進薬製造装置７は、今度は第２の推進薬５２を容器７３Ｂに用意する。言い換えれば、１度目の第１ステップＳ０１で使用した容器７３Ａを、容器７３Ｂに交換する。このとき、異なる推進薬５１、５２が混ざらないように、流路７２およびヘッド７１を交換してもよい。２度目の第１ステップＳ０１の後、２度目の第２ステップＳ０２が実行される。
第２ステップＳ０２が２度目に実行されると、推進薬製造装置７は、１度目の第２ステップＳ０２と同様に動作する。ただし、推進薬製造装置７は、今度は第１の推進薬５１で構成された第１の層の表面上に接合するように第２の推進薬５２を積層する。図７Ｂは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１、５２の一状態例を示す断面図である。図７Ｂに示すように、第２の推進薬５２で構成された第２の層は、筒状である第１の層に内接する筒状の部分を備える。また、図７Ｂに示すように、第２の層は、筒状の部分に加えて、筒状である第１の層のノズル２３側の端面を覆い、かつ、圧力容器２１の内側面に接するフランジ部を備えていてもよい。このフランジ部は、第２の層のうちの筒状である部分の端面に接続されているとも言える。このフランジ部は、第２の推進薬５２で構成されていてもよい。
第２の推進薬５２の、圧力容器２１の半径方向の厚さが所望する厚さに達すると、第３ステップＳ０３が再度実行される。ここでは、第１の推進薬５１で構成された第１の層と、第２の推進薬５２で構成された第２の層とは積層されているが、第３の推進薬５３で構成された第３の層がまだ積層されていないので、判定の結果は再度「ＮＯ」である。したがって、第３ステップＳ０３の後、３度目の第１ステップＳ０１が実行される。
第１ステップＳ０１が３度目に実行されると、推進薬製造装置７は、今度は第３の推進薬５３を容器７３Ｃに用意する。言い換えれば、２度目の第１ステップＳ０１で使用した容器７３Ｂを、容器７３Ｃに交換する。このとき、異なる推進薬５２、５３が混ざらないように、流路７２およびヘッド７１を交換してもよい。３度目の第１ステップＳ０１の後、３度目の第２ステップＳ０２が実行される。
第２ステップＳ０２が３度目に実行されると、推進薬製造装置７は、１度目または２度目の第２ステップＳ０２と同様に動作する。ただし、推進薬製造装置７は、今度は第２の推進薬５２で構成された第２の層の表面上に接合するように、第３の推進薬５３を積層する。図７Ｃは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１、５２、５３の一状態例を示す断面図である。図７Ｃに示すように、第３の推進薬５３で構成された第３の層は、第２の層の筒状部分の内側面に接合する筒状の部分を備える。また、図７Ｃに示すように、第３の層は、筒状の部分に加えて、第２の層のノズル２３側の端面に接合され、かつ、圧力容器２１の内側面にも接合されているフランジ部を備えていてもよい。この場合、第３の層のフランジ部は、第２の層のフランジ部に接合されている。このフランジ部は、第３の層のうちの筒状である部分の端面に接続されているとも言える。このフランジ部は、第３の推進薬５３で構成されていてもよい。
第３の推進薬５３の、圧力容器２１の半径方向の厚さが所望する厚さに達すると、３度目の第３ステップＳ０３が実行される。ここでは、全ての層が積層されているので、判定の結果は「ＹＥＳ」である。したがって、第３ステップＳ０３の後、第４ステップＳ０４が実行される。
第４ステップＳ０４において、硬化装置７９が、積層された第１の推進薬５１、第２の推進薬５２および第３の推進薬５３の全体を、一度に完全硬化する。この完全硬化は、推進薬５１、５２、５３を最終的に硬化する工程であって、例えば、加熱によって行われてもよい。この場合、硬化装置７９は、圧力容器２１の外側および／または内側から推進薬５１、５２、５３を加熱する機能を有していてもよい。その結果、図７Ａ〜図７Ｃに示した例では、図４Ａに示した推進薬５１、５２、５３が得られる。
第４ステップＳ０４が完了すると、図６のフローチャートは終了する。なお、ロケットモータ２の、推進薬以外の部分の製造工程については、本実施形態の特徴には直接的には関係しないので、図６のフローチャートの図示および詳細な説明を省略する。
本実施形態によれば、全ての推進薬５１、５２、５３が全体で一度だけ完全硬化されるので、一部の推進薬を複数回硬化する場合と比較して、硬化に伴う推進薬５１、５２、５３の劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、より高性能な推進薬５１、５２、５３を製造することができる。
完全硬化後の推進薬５１、５２、５３において、第１の推進薬５１、第２の推進薬５２および第３の推進薬５３は一体化する。このような完全硬化後の推進薬は、推進薬グレインと呼ばれる場合がある。
完全硬化した推進薬５１、５２、５３の一方または両方の端面に、レストリクタ６を配置してもよい。レストリクタ６は、推進薬５１、５２、５３の表面のうちレストリクタ６に接合された部分の燃焼を妨げる。本実施形態の一変更例として、レストリクタ６は、完全硬化する前の推進薬の一方または両方の端面に配置してもよい。レストリクタ６の配置をより容易にするために、圧力容器２１の、点火装置２２側の端面および／またはノズル２３側の端面は、レストリクタ６を配置するまで開口していてもよい。なお、別の構成例として、推進薬５１、５２、５３の表面にレストリクタ６を設けなくてもよい。
（第２の実施形態）
以上の説明では、第１の層、第２の層および第３の層をそれぞれ構成する第１の推進薬５１、第２の推進薬５２および第３の推進薬５３を、個別に用意してヘッド７１に供給した。本実施形態では、燃焼速度が異なる２種類の推進薬を用意し、これらを異なる比率で混合することによって、３種類の推進薬をヘッド７１に供給する。一例として、第１の推進薬５１および第３の推進薬５３を適切な比率で混合することによって、第２の推進薬５２を生成してもよい。
図８Ａは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１の一状態例を示す断面図である。本実施形態では、図８Ａに示すように、２つの容器７５Ａ、７５Ｂを用意し、これらの中に燃焼速度が異なる２種類の推進薬をそれぞれ用意する。２つの容器７５Ａ、７５Ｂの下流には混合器７４が設けられている。混合器７４は、２つの容器７５Ａ、７５Ｂからそれぞれ送られて来る２種類の推進薬を所定の比率で混合することで、例えば、第１の推進薬５１と同じ燃焼速度を有する推進薬を生成することができる。混合器７４の下流には、流路７２を介してヘッド７１が接続されている。容器７５Ａ、７５Ｂ、混合器７４および流路７２をまとめて、推進薬を供給する推進薬供給装置と呼んでもよい。
図６に示したフローチャートの第２ステップＳ０２を１度目に実行するときに、推進薬製造装置７を図８Ａのように変更することによって、図７Ａの場合と同様の動作を実現することができる。ここで、混合器７４は、制御装置７８の制御下で推進薬の混合を行ってもよい。
図８Ｂは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１、５２の一状態例を示す断面図である。図８Ｂの推進薬製造装置７は、図８Ａの推進薬製造装置７と同様に構成されている。ただし、混合器７４が２つの容器７５Ａ、７５Ｂからそれぞれ送られて来る２種類の推進薬を混合する比率は異なる。つまり、図８Ｂの比率は、混合によって第２の推進薬５２と同じ燃焼速度を有するように設定される。図６に示したフローチャートの第２ステップＳ０２を２度目に実行するときに、推進薬製造装置７を図８Ｂのように変更することによって、図７Ｂの場合と同様の動作を実現することができる。
図８Ｃは、一実施形態による推進薬５１、５２、５３の製造方法の一工程における推進薬５１、５２、５３の一状態例を示す断面図である。図８Ｃの推進薬製造装置７は、図８Ａの推進薬製造装置７と同様に構成されている。ただし、混合器７４が２つの容器７５Ａ、７５Ｂからそれぞれ送られて来る２種類の推進薬を混合する比率は異なる。つまり、図８Ｃの比率は、混合によって第３の推進薬５３と同じ燃焼速度を有するように設定される。図６に示したフローチャートの第２ステップＳ０２を３度目に実行するときに、推進薬製造装置７を図８Ｃのように変更することによって、図７Ｃの場合と同様の動作を実現することができる。
以上の説明では、混合器７４で２種類の推進薬を混合したが、本実施形態はこの例に限定されない。言い換えれば、より多くの推進薬を適切な比率で混合してヘッド７１に供給してもよい。
（第３の実施形態）
以上の説明では、燃焼速度が異なる３種類の推進薬５１、５２、５３を積層して推進薬グレインを製造したが、本実施形態はこの例に限定されない。つまり、より多くの種類の、燃焼速度がそれぞれ異なる複数の推進薬を積層して推進薬グレインを製造してもよい。一例として、単位層ごとに異なる推進薬を積層することによって、推進薬グレインの燃焼速度が、その内側面から外側面に向かって事実上連続的に変化するような推進薬グレインを製造することも可能となる。
図９は、一実施形態によるロケットモータ２の一構成例を示す断面図である。図９のロケットモータ２は、図４Ａのロケットモータ２の推進薬５１、５２、５３を、推進薬５４に置き換えることで得られる。図９では、推進薬５４の燃焼速度を、色の濃さで表している。すなわち、推進薬５４のうち、色がより濃い部分の燃焼速度はより早く、色がより薄い部分の燃焼速度はより遅い。
言い換えれば、図９の推進薬５４は、図４Ａでは３種類である推進薬５１、５２、５３を、より多くの種類の、燃焼速度がそれぞれ異なる多数の推進薬に置き換えて積層することによって得られる。一例として、燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬をそれぞれ含む複数の単位層を、前記燃焼速度の順番で積層してもよい。図９のロケットモータ２を製造するための方法および装置のその他の詳細については、第１および第２の実施形態で説明したとおりである。
図９のロケットモータ２では、推進薬５４の、点火装置２２側の端面に、レストリクタ６が設けられている。この場合も、図４Ａの場合と同様に、点火装置２２が点火するときに、筒状である推進薬５４のうち、圧力容器２１の内側面に接合された外側面と、レストリクタ６に接合された端面以外の、内側面と、ノズル２３側の端面とが、燃焼を開始する。推進薬５４の内側面およびノズル２３側の端面には、燃焼速度がより速い推進薬が配置されている。また、燃焼速度がより遅い推進薬は、推進薬５４のうち、外側面により近く、かつ、ノズル２３側の端面からより離れた位置に配置されている。したがって、図９の推進薬５４の場合も、燃焼面の面積がより狭い燃焼開始時には燃焼速度がより速い推進薬が燃焼し、燃焼が進むにつれて燃焼面の面積がより広がったときには燃焼速度がより遅い推進薬が燃焼するので、圧力容器２１の内部の燃焼圧力の時間変化を平準化することが可能となる。
図１０は、一実施形態によるロケットモータ２の一構成例を示す断面図である。図１０のロケットモータ２は、図４Ａのロケットモータ２の推進薬５１、５２、５３を、推進薬５５に置き換えることで得られる。図１０でも、図９の場合と同様に、推進薬５５の燃焼速度を色の濃さで表している。
図１０の推進薬５５も、図９の場合と同様に、燃焼速度がそれぞれ異なる多数の推進薬で構成されている。ただし、図１０の例では、図９や図４Ａなどの場合とは異なり、それぞれの単位層に、燃焼速度が異なる複数の推進薬が混在している。それぞれの単位層に含まれる任意の推進薬の形状は、回転軸としての機軸１０に対して回転対称性を有するリングの形状であってもよいし、このようなリングの集合体である筒の形状であってもよいし、同一の単位層の中で分断された複数のリングまたは複数の筒の形状であってもよい。このように構成された推進薬５５は、図８Ａ〜図８Ｃに示した混合器７４が２種類の推進薬を混合する比率を、１枚の単位層を積層する間に適切なタイミングで変更し続けることによって、製造することが可能である。
図１０のロケットモータ２では、推進薬５５の端面にレストリクタ６が設けられていない。この場合、点火装置２２が点火するときに、筒状である推進薬５５のうち、圧力容器２１の内側面に接合された外側面以外の、内側面および両端面が燃焼を開始する。推進薬５５の内側面および両端面には、燃焼速度がより速い推進薬が配置されている。また、燃焼速度がより遅い推進薬は、推進薬５５のうち、外側面により近く、かつ、内側面および両端面からより離れた位置に配置されている。したがって、図１０の推進薬５５の場合も、燃焼面の面積がより狭い燃焼開始時には燃焼速度がより速い推進薬が燃焼し、燃焼が進むにつれて燃焼面の面積がより広がったときには燃焼速度がより遅い推進薬が燃焼するので、圧力容器２１の内部の燃焼圧力の時間変化を平準化することが可能となる。
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
各実施形態に記載の推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、例えば以下の様に把握される。
（１）第１の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、点火時に燃焼が開始する第１表面と、燃焼を妨げる壁面６、２１に接合された第２表面とを有する推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５である推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法である。この製造方法は、第１燃焼速度を有する第１推進薬５１の一部を、第２表面に接する第１位置を含む第１空間に配置すること（Ｓ０２）と、第１燃焼速度より速い第２燃焼速度を有する第２推進薬５２の一部を、第１推進薬５１に接する第２位置を含む第２空間に配置すること（Ｓ０２）とを含む。この製造方法は、さらに、第２燃焼速度より速い第３燃焼速度を有する第３推進薬５３の一部を、第１表面に接する第３位置を含む第３空間に配置すること（Ｓ０２）を含む。この製造方法は、さらに、第１推進薬５１、第２推進薬５２および第３推進薬５３を一度に完全硬化して推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５を生成すること（Ｓ０４）を含む。
第１の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、燃焼速度が異なる３種類の推進薬５１、５２、５３の全体を、それぞれの配置後に一度に完全硬化できる、という効果を奏する。
（２）第２の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第１の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、第１推進薬５１を含む第１層を、壁面６、２１に沿って生成すること（Ｓ０２）をさらに含む。第２の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第２推進薬５２を含む第２層を、第１層に積層するように生成すること（Ｓ０２）をさらに含む。第２の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３推進薬５３を含む第３層を、第１表面に生成すること（Ｓ０２）をさらに含む。
第２の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、いわゆる積層型の３Ｄプリンタを使用して製造できる、という効果を奏する。
（３）第３の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第２の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、壁面６、２１は、少なくとも一部が筒状である圧力容器２１の内側面を含む。推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５は、第２表面に含まれる外側面と、第１表面に含まれる内側面とを有する筒状であり、推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５の外側面は、圧力容器２１の内側面に接合されている。第１層の少なくとも一部は、外側面および内側面を有する筒状であり、第１層の外側面の少なくとも一部は、推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５の外側面の少なくとも一部である。第３層の少なくとも一部は、外側面および内側面を有する筒状であり、第３層の内側面の少なくとも一部は、推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５の内側面の少なくとも一部である。
第３の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、圧力容器２１の内側面に接合する筒状の形状を有する推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５を生成できる、という効果を奏する。
（４）第４の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、第２層を生成すること（Ｓ０２）は、第１推進薬５１の表面が、壁面６、２１および第２推進薬５２に接合するように、第２層を生成すること（Ｓ０２）を含む。第４の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法において、第３層を生成することは、第２推進薬５２の表面が、壁面６、２１、第１推進薬５１および第３推進薬５３で覆われるように、第３層を生成すること（Ｓ０２）を含む。
第４の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３推進薬５３で構成される第３層と、第２推進薬５２で構成される第２層と、第１推進薬５１で構成される第１層とが、この順番で燃焼するように推進薬５１、５２、５３、５４、５５を製造できる、という効果を奏する。
（５）第５の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第２〜第４のいずれかの態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、壁面６、２１はレストリクタ６の表面を含み、積層された第１推進薬５１の端面を覆うようにレストリクタ６を接合することをさらに含む。
第５の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、レストリクタ６を配置することで推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５の燃焼を制御できる、という効果を奏する。
（６）第６の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３〜第５のいずれかの態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、筒状である第２層の一方の端面に接続され、第２推進薬５２を含み、筒状である第１層の一方の端面に接合し、かつ、圧力容器２１の内側面に接合するフランジ部を生成することをさらに含む。
第６の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、フランジ部を設けることによって推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５の燃焼を制御できる、という効果を奏する。
（７）第７の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３〜第６のいずれかの態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、前記第１推進薬５１、前記第２推進薬５２および前記第３推進薬５３のうちの少なくとも１つの推進薬を、燃焼速度の異なる推進薬を混合して生成することをさらに含む。
第７の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、燃焼速度が異なる複数の推進薬を混合することによって、所望の燃焼速度を有する推進薬を用意できる、という効果を奏する。
（８）第８の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３〜第７のいずれかの態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、第１層を生成することは、燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬をそれぞれ含む複数の単位層を、燃焼速度の順番で積層することを含む。
第８の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、その内側面から外側面に向かって燃焼速度が事実上連続的に変化するような推進薬グレインを製造することができる、という効果を奏する。
（９）第９の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、第３〜第８のいずれかの態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法であって、第１層を生成することは、複数の単位層を積層することを含み、複数の単位層のそれぞれは、燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬を含む。
第９の態様に係る推進薬５１、５２、５３、５４、５５の製造方法は、燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬を任意の形状に配置できる、という効果を奏する。
各実施形態に記載の推進薬製造装置７は、例えば以下の様に把握される。
（１）第１の態様に係る推進薬製造装置７は、点火時に燃焼が開始する第１表面と、燃焼を妨げる壁面６、２１に接合された第２表面とを有する推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５である推進薬５１、５２、５３、５４、５５を製造する装置である。第１の態様に係る推進薬製造装置７は、支持装置７７と、推進薬供給装置７３、７２と、ヘッド７１と、ヘッド移動装置７６と、制御装置７８と、硬化装置７９とを備える。支持装置７７は、壁面６、２１を支持する。推進薬供給装置７３、７２は、硬化前の推進薬５１、５２、５３を供給する。ヘッド７１は、硬化前の推進薬５１、５２、５３を出力する。ヘッド７１は、硬化前の推進薬に含まれる第１推進薬を、壁面に接する位置を含む空間に配置し、硬化前の推進薬５１、５２、５３に含まれる、第１推進薬５１とは燃焼速度が異なる第２推進薬５２と、第１推進薬５１および第２推進薬５２とは燃焼速度が異なる第３推進薬５３とを、制御装置７８の制御下で所定の位置を含む空間に配置する。ヘッド移動装置７６は、ヘッド７１を移動して壁面６、２１に対するヘッド７１の位置を調整する。制御装置７８は、支持装置７７、ヘッド７１およびヘッド移動装置７６を制御する。硬化装置７９は、第１推進薬５１、第２推進薬５２および第３推進薬５３の全体を一度に完全硬化して推進薬グレイン５１、５２、５３、５４、５５を生成する。
第１の態様に係る推進薬製造装置７は、燃焼速度が異なる３種類の推進薬５１、５２、５３の全体を、それぞれの配置後に一度に硬化できる、という効果を奏する。
壁面６、２１は、レストリクタ６の表面または圧力容器２１の内側面であってもよい。レストリクタ６および圧力容器２１は、推進薬５１、５２、５３、５４、５５のうち、レストリクタ６および圧力容器２１にそれぞれ接合した部分の燃焼を妨げる機能を有する。
（２）第２の態様に係る推進薬製造装置７は、第１の態様に係る推進薬製造装置７である。第２の態様に係る推進薬製造装置７において、壁面６、２１は、推進薬グレインの第２表面に接合された圧力容器２１の内側面を含む。圧力容器２１の内側面は、回転軸１０に対して回転対称性を有する筒状の内側面を含む。支持装置７７は、制御装置７８の制御下で、回転軸１０を中心に圧力容器２１を回転することによって、圧力容器２１およびヘッド７１の、圧力容器２１の円周方向における相対的な位置関係を制御する。ヘッド移動装置７６は、制御装置７８の制御下で、圧力容器２１およびヘッド７１の、圧力容器２１の半径方向と回転軸方向における相対的な位置関係を制御する。
支持装置７７は、圧力容器回転装置７７であってもよい。支持装置７７は、圧力容器２１を支持して回転する機能を有する。第２の態様に係る推進薬製造装置７は、圧力容器２１を回転する制御と、ヘッド７１を移動する制御を組み合わせることで、いわゆる３Ｄプリンタとして動作することができるという効果を奏する。
（３）第３の態様に係る推進薬製造装置７は、第１または第２の態様に係る推進薬製造装置７であって、推進薬供給装置７３、７２は、複数の容器７５Ａ、７５Ｂと混合器７４をさらに備える。複数の容器７５Ａ、７５Ｂは、燃焼速度が異なる複数の推進薬をそれぞれ供給する。混合器７４は、制御装置７８の制御下で、複数の推進薬を所定の比率で混合して所望の燃焼速度を有する推進薬を生成する。
第３の態様に係る推進薬製造装置７は、燃焼速度が異なる複数の推進薬を混合することによって、所望の燃焼速度を有する推進薬を用意できる、という効果を奏する。
１ 飛しょう体
１０ 機軸
２ ロケットモータ
２１ 圧力容器
２２ 点火装置
２３ ノズル
３ 制御装置
４ ペイロード
５ 推進薬
５０ スロット
５１、５２、５３、５４、５５ 推進薬
６ レストリクタ
７ 推進薬製造装置
７０ 回転方向
７１ ヘッド
７２ 流路
７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ 容器
７４ 混合器
７５Ａ、７５Ｂ 容器
７６ ヘッド移動装置
７７ 圧力容器回転装置（支持装置）
７８ 制御装置
７９ 硬化装置
２００Ａ、２００Ｂ ロケットモータ

Claims (12)

  1. 点火時に燃焼が開始する第１表面と、前記燃焼を妨げる壁面に接合された第２表面とを有する推進薬グレインである推進薬の製造方法であって、
    第１燃焼速度を有する第１推進薬の一部を、前記第２表面に接する第１位置を含む第１空間に配置することと、
    前記第１燃焼速度より速い第２燃焼速度を有する第２推進薬の一部を、前記第１推進薬に接する第２位置を含む第２空間に配置することと、
    前記第２燃焼速度より速い第３燃焼速度を有する第３推進薬の一部を、前記第１表面に接する第３位置を含む第３空間に配置することと、
    前記第１推進薬、前記第２推進薬および前記第３推進薬の全体を一度に完全硬化して前記推進薬グレインを生成することと
    を含む
    推進薬の製造方法。
  2. 請求項１に記載の推進薬の製造方法において、
    前記第１推進薬を含む第１層を、前記壁面に沿って生成することと、
    前記第２推進薬を含む第２層を、前記第１層に積層するように生成することと、
    前記第３推進薬を含む第３層を、前記第１表面に生成することと
    をさらに含む
    推進薬の製造方法。
  3. 請求項２に記載の推進薬の製造方法において、
    前記壁面は、少なくとも一部が筒状である圧力容器の内側面を含み、
    前記推進薬グレインは、前記第２表面に含まれる外側面と、前記第１表面に含まれる内側面とを有する筒状であり、前記推進薬グレインの前記外側面は、前記圧力容器の前記内側面に接合されており、
    前記第１層の少なくとも一部は、外側面および内側面を有する筒状であり、前記第１層の前記外側面の少なくとも一部は、前記推進薬グレインの前記外側面の少なくとも一部であり、
    前記第３層の少なくとも一部は、外側面および内側面を有する筒状であり、前記第３層の前記内側面の少なくとも一部は、前記推進薬グレインの前記内側面の少なくとも一部である
    推進薬の製造方法。
  4. 請求項３に記載の推進薬の製造方法において、
    前記第２層を生成することは、
    前記第１推進薬の表面が、前記壁面および前記第２推進薬に接合するように、前記第２層を生成すること
    を含み、
    前記第３層を生成することは、
    前記第２推進薬の表面が、前記壁面、前記第１推進薬および前記第３推進薬で覆われるように、前記第３層を生成すること
    を含む
    推進薬の製造方法。
  5. 請求項３または４に記載の推進薬の製造方法において、
    前記壁面は、レストリクタの表面を含み、
    積層された前記第１推進薬の端面に接合するように前記レストリクタを配置すること
    をさらに含む
    推進薬の製造方法。
  6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の推進薬の製造方法において、
    筒状である前記第２層の一方の端面に接続され、前記第２推進薬を含み、筒状である前記第１層の一方の端面に接合し、かつ、前記圧力容器の内側面に接合するフランジ部を生成すること
    をさらに含む
    推進薬の製造方法。
  7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の推進薬の製造方法において、
    前記第１推進薬、前記第２推進薬および前記第３推進薬のうちの少なくとも１つの推進薬を、燃焼速度の異なる推進薬を混合して生成すること
    をさらに含む
    推進薬の製造方法。
  8. 請求項３〜７のいずれか一項に記載の推進薬の製造方法において、
    前記第１層を生成することは、
    燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬をそれぞれ含む複数の単位層を、前記燃焼速度の順番で積層すること
    を含む
    推進薬の製造方法。
  9. 請求項３〜８のいずれか一項に記載の推進薬の製造方法において、
    前記第１層を生成することは、
    複数の単位層を積層すること
    を含み、
    前記複数の単位層のそれぞれは、燃焼速度が互いに異なる複数の推進薬を含む
    推進薬の製造方法。
  10. 点火時に燃焼が開始する第１表面と、前記燃焼を妨げる壁面に接合された第２表面とを有する推進薬グレインである推進薬を製造する装置であって、
    前記壁面を支持する支持装置と、
    硬化前の推進薬を供給する推進薬供給装置と、
    前記硬化前の推進薬を出力するヘッドと、
    前記ヘッドを移動して前記壁面に対する前記ヘッドの位置を調整するヘッド移動装置と、
    前記支持装置、前記ヘッドおよび前記ヘッド移動装置を制御する制御装置と
    を備え、
    前記ヘッドは、前記硬化前の推進薬に含まれる第１推進薬を、前記壁面に接する位置を含む空間に配置し、前記硬化前の推進薬に含まれる、前記第１推進薬とは燃焼速度が異なる第２推進薬と、前記第１推進薬および前記第２推進薬とは燃焼速度が異なる第３推進薬とを、前記制御装置の制御下で所定の位置を含む空間に配置し、
    前記第１推進薬、前記第２推進薬および前記第３推進薬の全体を一度に完全硬化して前記推進薬グレインを生成する硬化装置
    をさらに備える
    推進薬製造装置。
  11. 請求項１０に記載の推進薬製造装置において、
    前記壁面は、前記推進薬グレインの前記第２表面に接合された圧力容器の内側面を含み、
    前記圧力容器の前記内側面は、回転軸に対して回転対称性を有する筒状の内側面を含み、
    前記支持装置は、前記制御装置の制御下で、前記回転軸を中心に前記圧力容器を回転することによって、前記圧力容器および前記ヘッドの、前記圧力容器の円周方向における相対的な位置関係を制御し、
    前記ヘッド移動装置は、前記制御装置の制御下で、前記圧力容器および前記ヘッドの、前記圧力容器の半径方向と前記回転軸の方向における相対的な位置関係を制御する
    推進薬製造装置。
  12. 請求項１０または１１に記載の推進薬製造装置において、
    前記推進薬供給装置は、
    燃焼速度が異なる複数の推進薬をそれぞれ供給する複数の容器と、
    前記制御装置の制御下で、前記複数の推進薬を所定の比率で混合して所望の燃焼速度を有する推進薬を生成する混合器と
    を備える
    推進薬製造装置。
JP2020108060A 2020-06-23 2020-06-23 推進薬の製造方法および推進薬製造装置 Pending JP2022003249A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020108060A JP2022003249A (ja) 2020-06-23 2020-06-23 推進薬の製造方法および推進薬製造装置
US17/354,310 US20210395162A1 (en) 2020-06-23 2021-06-22 Apparatus and method for manufacturing propellant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020108060A JP2022003249A (ja) 2020-06-23 2020-06-23 推進薬の製造方法および推進薬製造装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022003249A true JP2022003249A (ja) 2022-01-11

Family

ID=79023108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020108060A Pending JP2022003249A (ja) 2020-06-23 2020-06-23 推進薬の製造方法および推進薬製造装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210395162A1 (ja)
JP (1) JP2022003249A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230175460A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-08 Firehawk Aerospace, Inc. Hybrid rocket engine fuel grains with radial energy compositional variations
CN114311656B (zh) * 2021-12-31 2023-04-28 西安交通大学 一种基于3d打印异型高燃速型模制备复合固体推进剂的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3555816A (en) * 1961-04-20 1971-01-19 Hercules Inc Rocket motor
JP2007514125A (ja) * 2003-12-09 2007-05-31 ユーレンコ ボフォース アーベー 高い装薬密度を持つ漸進性発射薬装薬
JP2008280967A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ２パルスロケットモータ
JP2016534313A (ja) * 2013-08-16 2016-11-04 ジェネラル ダイナミックス オードナンス アンド タクティカル システムズ−カナダ バレーフィールド インク．Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ａｎｄ Ｔａｃｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｃａｎａｄａ Ｖａｌｌｅｙｆｉｅｌｄ Ｉｎｃ． 多層推進薬グレインを製造する方法
WO2018167603A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Indian Institute Of Science Method of manufacturing composite solid propellant grains
JP2019183763A (ja) * 2018-04-12 2019-10-24 防衛装備庁長官 マルチパルスロケットモータ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3116597A (en) * 1959-12-29 1964-01-07 Hercules Powder Co Ltd Rocket propellants, motors and their manufacture
US3518916A (en) * 1962-03-19 1970-07-07 North American Rockwell Method for producing reinforced solid propellant grains
US9765271B2 (en) * 2012-06-27 2017-09-19 James J. Myrick Nanoparticles, compositions, manufacture and applications
WO2017149115A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-08 Fritz Werner Industrie-Ausrüstungen Gmbh Ammunition assembly apparatus
US20180273193A1 (en) * 2017-03-24 2018-09-27 Raytheon Company Electrically operated propellant thrust assist for supplementing airplane takeoff, landing or in-flight maneuverability

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3555816A (en) * 1961-04-20 1971-01-19 Hercules Inc Rocket motor
JP2007514125A (ja) * 2003-12-09 2007-05-31 ユーレンコ ボフォース アーベー 高い装薬密度を持つ漸進性発射薬装薬
JP2008280967A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ２パルスロケットモータ
JP2016534313A (ja) * 2013-08-16 2016-11-04 ジェネラル ダイナミックス オードナンス アンド タクティカル システムズ−カナダ バレーフィールド インク．Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ａｎｄ Ｔａｃｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ−Ｃａｎａｄａ Ｖａｌｌｅｙｆｉｅｌｄ Ｉｎｃ． 多層推進薬グレインを製造する方法
WO2018167603A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Indian Institute Of Science Method of manufacturing composite solid propellant grains
JP2019183763A (ja) * 2018-04-12 2019-10-24 防衛装備庁長官 マルチパルスロケットモータ

Also Published As

Publication number Publication date
US20210395162A1 (en) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022003249A (ja) 推進薬の製造方法および推進薬製造装置
US20130042596A1 (en) Systems and Methods for Fabricating Hybrid Rocket Fuel Motor Fuel Grains
US8225507B2 (en) Stereolithographic rocket motor manufacturing method
US8707676B2 (en) Radial flow rapid prototyping rocket motors
US20130042951A1 (en) Systems and Methods for Casting Hybrid Rocket Motor Fuel Grains
US9890091B2 (en) Persistent vortex generating high regression rate solid fuel grain for a hybrid rocket engine and method for manufacturing same
US10895221B2 (en) Continuous detonation wave engine and aircraft provided with such an engine
US9038368B2 (en) Systems, methods, and apparatus for providing a multi-fuel hybrid rocket motor
US8601790B2 (en) Buried radial flow rapid prototyping rocket motors
US10654762B2 (en) Additive manufactured combustible element with fuel and oxidizer
US3122884A (en) Rocket motor
JP2018086829A (ja) 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置
KR102016686B1 (ko) 건설 소재용 3d 프린터
US20220018314A1 (en) Thrust Augmentation for Liquid Rocket Engines
US20180156158A1 (en) Rocket motor with energetic grain having region with energetic disposed therein
AU2019319887B2 (en) A system and method for uniformly manufacturing a rocket fuel grain horizontally in a single section
US10247530B2 (en) Projectile with single-piece main body
KR20210139300A (ko) 에너지 재료의 향상된 인쇄
US11852101B1 (en) Modulating internal ballistics in a 3D-printed rocket motor and an additive manufacturing process
KR102199780B1 (ko) 질량 분율 제어 고체 추진제
JP2006161741A (ja) 飛翔体推進制御装置
JP3170576B2 (ja) ハイブリッドロケット
Tan et al. 3D Printing for Explosive and Propellant Applications
KR20230115811A (ko) 추진제 그레인의 제조방법인
PL242632B1 (pl) Komora spalania hybrydowego silnika rakietowego

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20221110

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230630

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230711

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230911

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20231226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240325

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20240405

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20240510