JP2022087139A - Grain for hybrid rockets and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

To provide a grain for hybrid rockets that achieves an improved thrust during combustion while maintaining ease of production.SOLUTION: A grain for hybrid rockets 10 has a plural layers of solid fuel 11 laminated in a radial direction in a cross-sectional circle of the grain 10, and a combustible partition 12 for separating the layers of the solid fuel 11. The partition 12 is composed of a one-side sheet having a tabular sheet and a wavy sheet joined together at a contact point of both.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ハイブリッドロケット用のグレイン(固体燃料製品)及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a grain (solid fuel product) for a hybrid rocket and a method for producing the same.

従来から、ロケットエンジンの方式として、主に液体燃料ロケット、固体燃料ロケット、及びハイブリッドロケットの3種が知られている。ロケットが酸素濃度の低い空間で推力を得るためには、燃料とそれを燃焼させる酸化剤が必要となる。液体燃料ロケットは燃料と酸化剤が共に液体のものであり、固体燃料ロケットは燃料と酸化剤が共に個体のものであり、ハイブリッドロケットは燃料が固体で酸化剤が液体のものである。本願明細書では、この固体燃料製品全体を「グレイン」と呼ぶ。 Conventionally, three types of rocket engine methods are mainly known: a liquid fuel rocket, a solid fuel rocket, and a hybrid rocket. In order for a rocket to gain thrust in a space with low oxygen concentration, it needs fuel and an oxidizer to burn it. A liquid fuel rocket has a liquid fuel and an oxidant, a solid fuel rocket has a solid fuel and an oxidant, and a hybrid rocket has a solid fuel and a liquid oxidant. In the present specification, this solid fuel product as a whole is referred to as "grain".

ハイブリッドロケット用のグレインには一又は複数の燃焼空間が形成されている。ハイブリッドロケットは、グレインの燃焼空間に液体酸化剤を供給してグレインを燃焼させ、その燃焼現象により発生したガスをノズルから噴射することによって推力を得ることができる。ハイブリッドロケットは、固体燃料と液体酸化剤が構造的に分離されているため、液体燃料ロケットや固体燃料ロケットに比べて製造が容易であるとともに、固体燃料と液体酸化剤の管理がし易いことから、安全性が高く燃焼の制御も容易であるというメリットがある。一方で、ハイブリッドロケットは、例えば液体燃料ロケットと比べて比推力(単位重量の推進剤を使って得られる推力の力積)が低く、推力が出にくいというデメリットがある。このように、ハイブリッドロケットは、製造が容易で安全性と管理性に優れている反面、推力が低いものであることから、例えば弾道飛行中にデータを測定する観測ロケットのエンジンとして用いられることが多い。 One or more combustion spaces are formed in the grain for the hybrid rocket. The hybrid rocket can obtain thrust by supplying a liquid oxidant to the combustion space of the grain, burning the grain, and injecting the gas generated by the combustion phenomenon from the nozzle. Since the solid fuel and the liquid oxidant are structurally separated in the hybrid rocket, it is easier to manufacture than the liquid fuel rocket and the solid fuel rocket, and the solid fuel and the liquid oxidant are easily managed. It has the advantage of high safety and easy control of combustion. On the other hand, a hybrid rocket has a disadvantage that the specific impulse (impulse of thrust obtained by using a unit weight propellant) is lower than that of a liquid fuel rocket, for example, and it is difficult to generate thrust. In this way, the hybrid rocket is easy to manufacture and has excellent safety and controllability, but it has a low thrust, so it can be used as an engine for a sounding rocket that measures data during ballistic flight, for example. many.

上記のようにハイブリッドロケットには推力が低いというデメリットがあるが、これを補うための工夫としては、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されているように、固体燃料自体を渦巻状に巻成するとともに各層の間に空隙を形成することが知られている。このように、渦巻状に巻成された固体燃料の層の間に空隙を設けることで、固体燃料の燃焼効率を高めることができ、大きな推力を発生させることが可能になるとされている。 As described above, the hybrid rocket has the disadvantage of low thrust, but as a device to compensate for this, for example, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the solid fuel itself is spirally wound. It is known to form and form voids between each layer. It is said that by providing a gap between the layers of the solid fuel wound in a spiral shape in this way, the combustion efficiency of the solid fuel can be improved and a large thrust can be generated.

特開昭55-144494号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-144494 特開昭55-144495号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-144495

ところで、特許文献1に記載の発明は、平板の固体燃料の片面に波板の固体燃料を重ねて一体化したものを渦巻状に巻成することとしているが、ある程度の厚み(例えば1mm)のある固体燃料自体を波板状に加工して平板と一体化することは困難を伴うものであり、製造が容易であるというハイブリッドロケットのメリットが損なわれるという問題がある。例えば平板と波板の接触部を低温の接着剤等で接着しなければならないが、このような接着剤を用いる場合には、接着剤が完全に固化するまで波板の形状を維持しなければならず、平板と波板が一体化したグレインを効率良く連続的に生産することが難しいという課題がある。 By the way, in the invention described in Patent Document 1, a solid fuel of a corrugated plate is laminated and integrated on one side of a solid fuel of a flat plate, and the solid fuel is wound in a spiral shape, but has a certain thickness (for example, 1 mm). It is difficult to process a certain solid fuel itself into a corrugated plate shape and integrate it with a flat plate, and there is a problem that the merit of a hybrid rocket, which is easy to manufacture, is impaired. For example, the contact area between the flat plate and the corrugated sheet must be adhered with a low-temperature adhesive, but when such an adhesive is used, the shape of the corrugated sheet must be maintained until the adhesive is completely solidified. However, there is a problem that it is difficult to efficiently and continuously produce a grain in which a flat plate and a corrugated plate are integrated.

また、特許文献2に記載の発明は、平板状の固体燃料の片面に突起状のスペーサを形成し、その固体燃料を渦巻状に巻成することとしているが、このような突起では固体燃料の各層の空隙を十分に確保することができないという問題がある。実際、特許文献2のように固体燃料の表面に形成された突起状のスペーサを形成しただけでは、特許文献1のように各層の空隙を維持することができない。その結果、特許文献2の構造では、燃焼効率向上の効果は限定的なものに留まると考えられる。 Further, in the invention described in Patent Document 2, a protrusion-shaped spacer is formed on one side of a flat plate-shaped solid fuel, and the solid fuel is wound in a spiral shape. There is a problem that sufficient voids in each layer cannot be secured. In fact, it is not possible to maintain the voids of each layer as in Patent Document 1 only by forming the protruding spacers formed on the surface of the solid fuel as in Patent Document 2. As a result, in the structure of Patent Document 2, it is considered that the effect of improving the combustion efficiency is limited.

そこで、本発明は、ハイブリッドロケット用のグレインにおいて、製造の容易性を維持しつつ、グレインの燃焼効率を高めて、燃焼時の推力を向上させることを主な目的とする。 Therefore, it is a main object of the present invention to improve the combustion efficiency of the grain and the thrust at the time of combustion while maintaining the ease of manufacturing in the grain for a hybrid rocket.

本発明の発明者は、従来発明の問題を解決する手段について鋭意検討した結果、平板状シートと波状シートを接合した簡易な片段シートにより隔壁を構成し、この隔壁によって固体燃料の層間に空隙を形成することにより、製造が容易で燃料効率の高いグレインを提供することができる知見を得た。そして、本発明者は、上記知見に基づけば従来発明の問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。具体的に説明すると、本発明は以下の構成又は工程を含む。 As a result of diligent studies on means for solving the problems of the prior invention, the inventor of the present invention forms a partition wall with a simple one-stage sheet in which a flat plate sheet and a wavy sheet are joined, and the partition wall creates voids between layers of solid fuel. By forming it, we obtained the finding that it is possible to provide grains that are easy to manufacture and have high fuel efficiency. Then, the present inventor came up with the idea that the problems of the conventional invention could be solved based on the above findings, and completed the present invention. Specifically, the present invention includes the following configurations or steps.

本発明の第1の側面は、ハイブリッドロケット用のグレイン10に関する。本発明に係るグレイン10は、固体燃料11と隔壁12を含む。このグレイン10は、略円柱形であり、その中心軸Aに沿って一又は複数の燃焼空間Sが形成されている。「略円柱形」とは、外周が閉じた断面円となっている円柱形(図6参照)に加えて、シートが渦巻状に巻回された実質的な円柱形(図2等参照)を含む。固体燃料11は、グレインの断面円における半径方向Rに向かって複数層に亘って積層されている。固体燃料は、一体化されたものであってもよいし、複数に分離されたものであってもよい。隔壁12は、固体燃料11の各層をグレイン10の半径方向Rに隔てる可燃性のものである。この隔壁12は、平板状シート13と波状シート14が両者の接触点15において接合された片段シートにより構成されている。なお、固体燃料11と隔壁12は、異なる材料で形成されていてもよいし、同じ材料で形成されていてもよい。 A first aspect of the invention relates to a grain 10 for a hybrid rocket. The grain 10 according to the present invention includes a solid fuel 11 and a partition wall 12. The grain 10 has a substantially cylindrical shape, and one or a plurality of combustion spaces S are formed along the central axis A thereof. The "substantially cylindrical shape" is a cylindrical shape (see FIG. 6) having a closed outer circumference and a substantially cylindrical shape in which the sheet is spirally wound (see FIG. 2 etc.). include. The solid fuel 11 is laminated over a plurality of layers in the radial direction R in the cross-sectional circle of the grain. The solid fuel may be integrated or may be separated into a plurality of solid fuels. The partition wall 12 is a flammable material that separates each layer of the solid fuel 11 in the radial direction R of the grain 10. The partition wall 12 is composed of a single-stage sheet in which a flat plate-shaped sheet 13 and a wavy sheet 14 are joined at a contact point 15 of both. The solid fuel 11 and the partition wall 12 may be made of different materials or may be made of the same material.

上記構成のように、本発明に係るグレイン10は、固体燃料11に加えて、片段シートにより構成された可燃性の隔壁12を備える。この点において、本発明に係るグレイン10は、固体燃料自体が平板と波板とを一体化した片段構造のみからなる特許文献1に記載のグレインとは異なる。本発明において、片段構造の隔壁12は、平板状シート13と波状シート14とが乖離した部分に空隙Vが形成されているため、この隔壁12を固体燃料11の間に差し込むことで、固体燃料11の間の燃焼効率を向上させることができる。すなわち、グレイン10の燃焼時の推力を向上させるには、グレイン10の中心から外周に向かって固体燃料11の燃焼表面が後退していく速度を上げることが重要となる。このとき、片段構造により空隙Vが形成された隔壁12を固体燃料11の層間に配置しておくことで、固体燃料11の後退速度を上昇させることができる。また、この隔壁12を構成する平板状シート13と波状シート14は、厚みを持たせる必要がないことから、それぞれ比較的薄いシート状にすることができる。このため、平板状シート13と波状シート14を接合した片段シートは、例えば公知の段ボール用のコルゲーターを利用して容易に加工及び製造することができる。さらに、隔壁12を構成する片段シートは、渦巻状に巻回させたり、断面円形、断面四角形、その他断面多角形状など様々な形状に加工したりし易いものである。このように製造及び加工が容易な片段シートによって固体燃料11を隔てる隔壁12を構成することにより、グレイン10の製造の容易性を維持しつつ、燃焼時の推力を向上させることが可能となる。 As described above, the grain 10 according to the present invention includes a flammable partition wall 12 composed of a one-stage sheet in addition to the solid fuel 11. In this respect, the grain 10 according to the present invention is different from the grain described in Patent Document 1 in which the solid fuel itself has only a one-stage structure in which a flat plate and a corrugated plate are integrated. In the present invention, the one-stage structure partition wall 12 has a gap V formed in a portion where the flat plate sheet 13 and the wavy sheet 14 are separated from each other. Therefore, by inserting the partition wall 12 between the solid fuels 11, the solid fuel The combustion efficiency between 11 can be improved. That is, in order to improve the thrust of the grain 10 during combustion, it is important to increase the speed at which the combustion surface of the solid fuel 11 recedes from the center of the grain 10 toward the outer periphery. At this time, by arranging the partition wall 12 in which the gap V is formed by the one-stage structure between the layers of the solid fuel 11, the recession speed of the solid fuel 11 can be increased. Further, since the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 constituting the partition wall 12 do not need to have a thickness, each of them can be made into a relatively thin sheet shape. Therefore, the one-stage sheet obtained by joining the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 can be easily processed and manufactured by using, for example, a known corrugated cardboard corrugator. Further, the one-stage sheet constituting the partition wall 12 can be easily wound into a spiral shape, or processed into various shapes such as a circular cross section, a quadrangle cross section, and a polygonal cross section. By constructing the partition wall 12 that separates the solid fuel 11 by the one-stage sheet that is easy to manufacture and process in this way, it is possible to improve the thrust at the time of combustion while maintaining the ease of manufacturing the grain 10.

本発明に係るグレイン10において、隔壁12は、波状シート14が内向きとなるように配置されていることが好ましい。波状シート14が内向きであることとは、すなわち、隔壁12を構成する平板状シート13と波状シート14のうち、波状シート14がグレイン10の中心を向いている状態を意味する。このように、波状シート14を内向きにして隔壁12を配置することで、波状シート14によって固体燃料11を保持しやすくなる。また、この配置の場合、グレイン10の外周面が平板状シート13となる。これにより、グレイン10の外周面がロケットエンジン100のモーターケース20(シリンダー)の内周面に密着しやすくなり、燃焼時に発生するガスがグレイン10内を効率的に通過するようになる。特に、隔壁12は片段構造であることから、その構造自体の圧縮回復力によってグレイン10の外周面をモーターケース20の内周面に密着させることができる。 In the grain 10 according to the present invention, it is preferable that the partition wall 12 is arranged so that the wavy sheet 14 faces inward. The fact that the wavy sheet 14 faces inward means that the wavy sheet 14 faces the center of the grain 10 among the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14 constituting the partition wall 12. By arranging the partition wall 12 with the wavy sheet 14 facing inward in this way, the solid fuel 11 can be easily held by the wavy sheet 14. Further, in the case of this arrangement, the outer peripheral surface of the grain 10 becomes the flat plate-shaped sheet 13. As a result, the outer peripheral surface of the grain 10 easily adheres to the inner peripheral surface of the motor case 20 (cylinder) of the rocket engine 100, and the gas generated during combustion efficiently passes through the grain 10. In particular, since the partition wall 12 has a one-stage structure, the outer peripheral surface of the grain 10 can be brought into close contact with the inner peripheral surface of the motor case 20 by the compression recovery force of the structure itself.

本発明に係るグレイン10において、隔壁12は、片段シートを渦巻状に巻回することにより構成されたものであってもよい。これにより、一枚の片段シートを用意すれば、簡単に隔壁12を形成することができる。また、片段シートは容易に渦巻状に巻回することが可能である。 In the grain 10 according to the present invention, the partition wall 12 may be configured by spirally winding a one-stage sheet. Thereby, if one single-stage sheet is prepared, the partition wall 12 can be easily formed. In addition, the one-stage sheet can be easily wound in a spiral shape.

本発明に係るグレイン10において、隔壁12、円筒状の片段シートを複数層に亘って配置することにより構成されたものであってもよい。すなわち、直径の異なる円筒状の片段シートを複数用意して、直径の大きい円筒の中に直径の小さい円筒を収めるように配置すればよい。このような構造によっても、簡単に隔壁12を形成することが可能である。 The grain 10 according to the present invention may be configured by arranging a partition wall 12 and a cylindrical single-stage sheet over a plurality of layers. That is, a plurality of cylindrical single-stage sheets having different diameters may be prepared and arranged so that the cylinder having a small diameter is housed in the cylinder having a large diameter. Even with such a structure, the partition wall 12 can be easily formed.

本発明に係るグレイン10は、可燃性の仕切り壁16をさらに含んでいてもよい。仕切り壁16は、グレイン10の周方向Cに固体燃料11の収納空間を区画するために、グレイン10の半径方向Rに沿って形成されている。このように仕切り壁16を設けることで、固体燃料11の位置ずれを防止できる。また、仕切り壁16を設けることでグレイン10の強度も向上する。仕切り壁16は、前述した片段シートを渦巻状に巻回することにより隔壁12を形成した実施形態と、円筒状の片段シートを複数層に亘って配置することにより隔壁12を形成した実施形態のどちらにも適用することができる。また、仕切り壁16は、単純な平板状であってもよいし、隔壁12と同様に片段シート(片段構造)で構成されていてもよい。また、仕切り壁16は、2枚の平板状シートにより一枚の波状シートを挟み込んで各シートの接触点を接合したトラス構造であってもよい。 The grain 10 according to the present invention may further include a flammable partition wall 16. The partition wall 16 is formed along the radial direction R of the grain 10 in order to partition the storage space of the solid fuel 11 in the circumferential direction C of the grain 10. By providing the partition wall 16 in this way, it is possible to prevent the solid fuel 11 from being displaced. Further, the strength of the grain 10 is also improved by providing the partition wall 16. The partition wall 16 is the embodiment in which the partition wall 12 is formed by spirally winding the above-mentioned single-stage sheet, and the embodiment in which the partition wall 12 is formed by arranging the cylindrical single-stage sheet over a plurality of layers. It can be applied to both. Further, the partition wall 16 may have a simple flat plate shape, or may be composed of a single-stage sheet (single-stage structure) like the partition wall 12. Further, the partition wall 16 may have a truss structure in which one corrugated sheet is sandwiched between two flat sheets and the contact points of the sheets are joined.

本発明に係るグレイン10において、固体燃料11は、隔壁12の間に充填されたものであってもよい。充填とは、ある隔壁12の波状シート14とこれに対向する別の隔壁12の平板状シート13との間に固体燃料11が実質的に隙間なく配置されている状態を意味する。例えば、片段シートの片面に固体燃料11を載せて、その後固体燃料11を巻き込みながら片段シートを巻回して隔壁12を形成することにより、固体燃料11は隔壁12の間に充填された状態となる。あるいは、片段シートを巻回して隔壁12を形成した後に、隔壁12の間に固体燃料11の材料を流し込んで固化させることによって、隔壁12の間に固体燃料11を充填することとしてもよい。このように隔壁12の間に固体燃料11を充填した場合であっても、隔壁12自体が空隙Vを内包する片段構造であるため、固体燃料11を効率良く燃焼させることができる。 In the grain 10 according to the present invention, the solid fuel 11 may be filled between the partition walls 12. The filling means a state in which the solid fuel 11 is arranged substantially without a gap between the wavy sheet 14 of one partition wall 12 and the flat plate sheet 13 of another partition wall 12 facing the wavy sheet 14. For example, by placing the solid fuel 11 on one side of the one-stage sheet and then winding the one-stage sheet while winding the solid fuel 11 to form the partition wall 12, the solid fuel 11 is filled between the partition walls 12. .. Alternatively, the solid fuel 11 may be filled between the partition walls 12 by winding the one-stage sheet to form the partition wall 12 and then pouring the material of the solid fuel 11 between the partition walls 12 to solidify the partition wall 12. Even when the solid fuel 11 is filled between the partition walls 12 in this way, the solid fuel 11 can be efficiently burned because the partition wall 12 itself has a one-stage structure including the void V.

本発明に係るグレイン10において、固体燃料11は、棒状であってもよい。棒状には、円柱状の他、四角柱状、五角柱状、その他多角柱状が含まれる。この場合、片段シートのうち、平板状シート13と波状シート14の接合部分を谷部14a、波状シート14が平板状シート13から乖離した部分を山部14bとした場合に、固体燃料11は、2つの山部14bの間の谷部14aに挿入されていることが好ましい。なお、棒状の固体燃料11は、片段シートの谷部14aの全てに挿入されている必要はなく、固体燃料11が挿入されていない谷部14aが存在していても問題はない。例えば、片段シートの谷部14aに固体燃料11を載せて、その後固体燃料11を巻き込みながら片段シートを巻回して隔壁12を形成することとしてもよい。あるいは、片段シートを巻回して隔壁12を形成した後に、片段シートの谷部14a間に固体燃料11を挿入することとしてもよい。このように、片段シートの谷部14aの間に棒状の固体燃料11を挿入することで、固体燃料11同士の間の空隙Vを維持できるため、各固体燃料11を効率良く燃焼させることができる。また、棒状の固体燃料11を挿入する場合でも、グレイン10内における固体燃料11の位置ずれを防止できる。さらに、固体燃料11を棒状することで、固体燃料11全体の表面積が増えるため、固体燃料11の燃焼速度を速めることができる。 In the grain 10 according to the present invention, the solid fuel 11 may have a rod shape. In addition to the columnar shape, the rod shape includes a square columnar shape, a pentagonal columnar shape, and other polygonal columnar shapes. In this case, when the joint portion between the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 is the valley portion 14a and the portion where the corrugated sheet 14 is separated from the flat plate-shaped sheet 13 is the mountain portion 14b, the solid fuel 11 is used. It is preferably inserted in the valley portion 14a between the two peak portions 14b. The rod-shaped solid fuel 11 does not have to be inserted into all of the valley portions 14a of the one-stage sheet, and there is no problem even if there is a valley portion 14a into which the solid fuel 11 is not inserted. For example, the solid fuel 11 may be placed on the valley portion 14a of the one-stage sheet, and then the one-stage sheet may be wound while the solid fuel 11 is involved to form the partition wall 12. Alternatively, the solid fuel 11 may be inserted between the valley portions 14a of the one-stage sheet after the one-stage sheet is wound to form the partition wall 12. In this way, by inserting the rod-shaped solid fuel 11 between the valleys 14a of the one-stage sheet, the gap V between the solid fuels 11 can be maintained, so that each solid fuel 11 can be efficiently burned. .. Further, even when the rod-shaped solid fuel 11 is inserted, the misalignment of the solid fuel 11 in the grain 10 can be prevented. Further, by forming the solid fuel 11 into a rod shape, the surface area of the solid fuel 11 as a whole is increased, so that the combustion speed of the solid fuel 11 can be increased.

本発明に係るグレイン10は、グレイン10の最も内側に位置する固体燃料11の層よりも、グレイン10の最も外側に位置する固体燃料11の層の方が酸素含有率が高いこととしてもよい。グレイン10の燃焼が進むと固体燃料11に対して酸化剤が不足する場合があるが、外側の層の固体燃料11の酸素含有率を高く調整することで、酸化剤不足を補うことができる。 The grain 10 according to the present invention may have a higher oxygen content in the layer of the solid fuel 11 located on the outermost side of the grain 10 than in the layer of the solid fuel 11 located on the innermost side of the grain 10. As the combustion of the grain 10 progresses, the oxidant may be insufficient for the solid fuel 11, but the oxidant deficiency can be compensated for by adjusting the oxygen content of the solid fuel 11 in the outer layer to be high.

本発明に係るグレイン10は、その中心軸A方向に沿って延びるように一又は複数の燃焼空間Sが形成されている。なお、グレイン10の燃焼空間Sが一つである場合、その燃焼空間Sはグレイン10の中心軸A上に形成されていることが好ましい。一方、グレイン10の燃焼空間Sが複数ある場合、それらの燃焼空間Sはグレイン10の中心軸Aと平行であればよく、必ずしも中心軸A上に形成されている必要はない。また、別の実施形態では、燃焼空間Sは、グレイン10内に螺旋状に形成されていてもよい。 In the grain 10 according to the present invention, one or a plurality of combustion spaces S are formed so as to extend along the central axis A direction thereof. When there is only one combustion space S in the grain 10, it is preferable that the combustion space S is formed on the central axis A of the grain 10. On the other hand, when there are a plurality of combustion spaces S of the grain 10, those combustion spaces S need not be necessarily formed on the central axis A as long as they are parallel to the central axis A of the grain 10. Further, in another embodiment, the combustion space S may be formed in a spiral shape in the grain 10.

本発明の第2の側面は、ハイブリッドロケット用グレインの製造方法に関する。本発明に係る製造方法では、まず、平板状シート13と波状シート14を両者の接触点15において接合した可燃性の片段シートを製造する(第1工程)。次に、固体燃料11を巻き込みながら片段シートを巻回するか、又は、片段シートを巻回した後に当該片段シートがなす層内に固体燃料11を挿入することにより、グレイン10の半径方向Rに向かって複数層に亘って固体燃料11を積層する(第2工程)。これにより、固体燃料11の層の間には、片段シートにより構成された隔壁12が形成されることとなる。 A second aspect of the present invention relates to a method for producing grains for a hybrid rocket. In the manufacturing method according to the present invention, first, a flammable single-stage sheet is manufactured by joining the flat sheet 13 and the corrugated sheet 14 at the contact point 15 of both (first step). Next, the one-stage sheet is wound while the solid fuel 11 is wound, or the solid fuel 11 is inserted into the layer formed by the one-stage sheet after the one-stage sheet is wound, so that the grain 10 is in the radial direction R. The solid fuel 11 is laminated over a plurality of layers (second step). As a result, a partition wall 12 composed of a single-stage sheet is formed between the layers of the solid fuel 11.

本発明によれば、製造の容易性を維持しつつ、燃焼時の推力を向上させたハイブリッドロケット用グレインを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a grain for a hybrid rocket in which the thrust at the time of combustion is improved while maintaining the ease of manufacture.

図1は、グレインを搭載したハイブリッドロケットの構造を模式的に示している。FIG. 1 schematically shows the structure of a hybrid rocket equipped with grains. 図2は、本発明の第1の実施形態に係るグレインの断面構造を示している。FIG. 2 shows the cross-sectional structure of the grain according to the first embodiment of the present invention. 図3は、図2に示したグレインの隔壁の断面構造を示している。FIG. 3 shows the cross-sectional structure of the grain partition wall shown in FIG. 図4は、図3に示した隔壁の斜視図を示している。FIG. 4 shows a perspective view of the partition wall shown in FIG. 図5は、第2の実施形態に係るグレインであって、図3に示した隔壁に複数の棒状の固体燃料を挿入したグレインの断面構造を示している。FIG. 5 is a grain according to the second embodiment, and shows a cross-sectional structure of the grain in which a plurality of rod-shaped solid fuels are inserted into the partition wall shown in FIG. 図6は、本発明の第3の実施形態に係るグレインの隔壁の断面構造を示している。FIG. 6 shows the cross-sectional structure of the grain partition according to the third embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第4の実施形態に係るグレインの隔壁の斜視図を示している。FIG. 7 shows a perspective view of a grain partition wall according to a fourth embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第5の実施形態に係るグレインの隔壁の断面構造を示している。FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a grain partition according to a fifth embodiment of the present invention. 図9は、図8に示した隔壁により形成可能な燃焼空間の例を模式的に示している。図9(a)は2つの燃焼空間が直線状に形成された例を示しており、図9(b)は燃焼空間が2つの燃焼空間が二重螺旋状に形成された例を示している。FIG. 9 schematically shows an example of a combustion space that can be formed by the partition wall shown in FIG. FIG. 9A shows an example in which two combustion spaces are formed in a straight line, and FIG. 9B shows an example in which two combustion spaces are formed in a double helix. .. 図10は、グレインの変形例を示している。図10(a)は、グレインの内周面に固体推進剤を積層した例を示しており、図10(b)は、グレインを構成する固体燃料の酸素含有率を変化させた例を示している。FIG. 10 shows a modified example of the grain. FIG. 10A shows an example in which a solid propellant is laminated on the inner peripheral surface of the grain, and FIG. 10B shows an example in which the oxygen content of the solid fuel constituting the grain is changed. There is.

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the forms described below, and includes those appropriately modified from the following forms to the extent apparent to those skilled in the art.

図1は、ハイブリッドロケット100の主要な構成要素を示している。図1に示されるように、ハイブリッドロケット100は、グレイン10、モーターケース20、酸化剤タンク30、噴射ノズル40、及び火薬50を含む。グレイン10は、一般的に円筒状に形成されており、その内部に燃焼空間Sが形成されている。モーターケース20は、グレイン10を収容するための容器であり、グレイン10燃焼時に発生する高圧ガスに耐え得る強度に設計されている。酸化剤タンク30は、液状酸化剤が充填された容器であり、モーターケース20の前端側に接続されており、グレイン10の燃焼空間S内に液状酸化剤を供給する。液状酸化剤の例は、液体酸素及び亜酸化窒素である。噴射ノズル40は、グレイン10の燃焼により発生したガスの噴射口として機能するものであり、モーターケース20の後端側に接続されている。火薬50は、グレイン10の燃焼空間S内に配置されている。 FIG. 1 shows the main components of the hybrid rocket 100. As shown in FIG. 1, the hybrid rocket 100 includes a grain 10, a motor case 20, an oxidant tank 30, an injection nozzle 40, and an explosive 50. The grain 10 is generally formed in a cylindrical shape, and a combustion space S is formed inside the grain 10. The motor case 20 is a container for accommodating the grain 10, and is designed to have a strength that can withstand the high-pressure gas generated when the grain 10 is burned. The oxidant tank 30 is a container filled with a liquid oxidant, is connected to the front end side of the motor case 20, and supplies the liquid oxidant into the combustion space S of the grain 10. Examples of liquid oxidants are liquid oxygen and nitrous oxide. The injection nozzle 40 functions as an injection port for gas generated by the combustion of the grain 10, and is connected to the rear end side of the motor case 20. The explosive 50 is arranged in the combustion space S of the grain 10.

ハイブリッドロケット100を打ち上げる際には、酸化剤タンク30内の液状酸化剤をグレイン10の燃焼空間Sに供給すると共に火薬50に着火する。これにより、火薬50を最初の熱源、液状酸化剤に含まれる酸素を支燃物として、グレイン10(可燃物)が燃焼を開始する。グレイン10が燃焼するとモーターケース20内にガスが発生し、モーターケース20内の圧力が所定以上となると燃焼ガスが噴射ノズル40から噴射される。これによりハイブリッドロケット100に推力が与えられる。グレイン10の燃焼は、燃焼空間Sが徐々に広がるように、中心から外周に向かって進行する。グレイン10が全て燃焼するか、酸化剤タンク30内の液状酸化剤がなくなると、グレイン10の燃焼は終了する。なお、酸化剤タンク30からグレイン10への液状酸化剤の供給を停止することによっても、グレイン10の燃焼を停止させることができる。 When launching the hybrid rocket 100, the liquid oxidant in the oxidant tank 30 is supplied to the combustion space S of the grain 10 and the explosive 50 is ignited. As a result, the grain 10 (combustible material) starts combustion with the explosive 50 as the first heat source and the oxygen contained in the liquid oxidant as the combustible material. When the grain 10 burns, gas is generated in the motor case 20, and when the pressure in the motor case 20 becomes a predetermined value or more, the combustion gas is injected from the injection nozzle 40. This gives thrust to the hybrid rocket 100. The combustion of the grain 10 proceeds from the center toward the outer circumference so that the combustion space S gradually expands. When all the grain 10 burns or the liquid oxidant in the oxidant tank 30 runs out, the combustion of the grain 10 ends. The combustion of the grain 10 can also be stopped by stopping the supply of the liquid oxidant from the oxidant tank 30 to the grain 10.

本発明は、主に上記ハイブリッドロケット100内に含まれるグレイン10に関するものである。ただし、本発明の範囲をグレイン10を備えたハイブリッドロケット100に広げることも可能である。その場合、前述したモーターケース20、酸化剤タンク30、液体酸化剤、噴射ノズル40、及び火薬50についてはそれぞれ公知のものを採用できる。以下では、グレイン10について詳細に説明する。 The present invention mainly relates to the grain 10 contained in the hybrid rocket 100. However, it is also possible to extend the scope of the present invention to the hybrid rocket 100 equipped with the grain 10. In that case, known motor cases 20, an oxidant tank 30, a liquid oxidant, an injection nozzle 40, and an explosive 50 can be used. Hereinafter, the grain 10 will be described in detail.

図2から図4は、本発明の第1の実施形態に係るグレイン10を示している。図2に示されるように、グレイン10は、固体燃料11と隔壁12を含む。図2から図4に示されるように、グレイン10は、略円柱状に形成され、その中心に燃焼空間Sが設けられている。また、図4では、円柱状のグレイン10の中心軸を符号Aで示し、半径方向を符号Rで示し、周方向を符号Cで示している。 2 to 4 show the grain 10 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the grain 10 includes a solid fuel 11 and a partition wall 12. As shown in FIGS. 2 to 4, the grain 10 is formed in a substantially columnar shape, and a combustion space S is provided at the center thereof. Further, in FIG. 4, the central axis of the columnar grain 10 is indicated by reference numeral A, the radial direction is indicated by reference numeral R, and the circumferential direction is indicated by reference numeral C.

固体燃料11は、グレイン10の半径方向Rに見たときに、複数層に亘って積層されている。そして、この半径方向Rにおける固体燃料11の各層を隔てるために隔壁12が設けられている。本発明に係るグレイン10は、このような隔壁12により隔てられた固体燃料11の多層構造を基本的構成とするものである。 The solid fuel 11 is laminated over a plurality of layers when viewed in the radial direction R of the grain 10. A partition wall 12 is provided to separate each layer of the solid fuel 11 in the radial direction R. The grain 10 according to the present invention basically has a multi-layer structure of the solid fuel 11 separated by such a partition wall 12.

固体燃料11の材料は、例えばハイブリッドロケットで一般的に用いられている炭化水素系ポリマー等を採用すればよい。例えば、固体燃料11としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びエチレン・プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。その他、固体燃料11としては、例えば、末端水酸基ポリブタジエン及び末端カルボキシル基ポリブタジエン等のポリブタジエン系樹脂; ポリエステル型ポリウレタン及びポリエーテル型ポリウレタン等のポリウレタン系樹脂; ポリ乳酸及びポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂; アクリロニトリルホモポリマー及びアクリロニトリルコポリマー等のポリアクリロニトリル系樹脂; ポリ塩化ビニル樹脂; ポリメチルメタクリレート等のポリ(メタ)アクリル酸エステル系樹脂; ポリイソブチレン; エポキシ樹脂; パラフィンなどを用いることも可能である。また油脂とアミノ酸系ゲル化剤との組み合わせ、エタノールと酢酸カルシウムとの組み合わせを使用することもできる。 As the material of the solid fuel 11, for example, a hydrocarbon-based polymer generally used in a hybrid rocket or the like may be adopted. For example, as the solid fuel 11, it is preferable to use a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, and an ethylene / propylene copolymer. In addition, examples of the solid fuel 11 include polybutadiene resins such as terminal hydroxyl group polybutadiene and terminal carboxyl group polybutadiene; polyester resins such as polyester type polyurethane and polyether type polyurethane; polyester resins such as polylactic acid and polyethylene terephthalate; acrylonitrile. Polyacrylonitrile-based resins such as homopolymers and acrylonitrile copolymers; polyvinyl chloride resins; poly (meth) acrylic acid ester-based resins such as polymethylmethacrylate; polyisobutylene; epoxy resins; paraffin and the like can also be used. Further, a combination of fat and oil and an amino acid-based gelling agent, or a combination of ethanol and calcium acetate can also be used.

固体燃料11の各層の厚みは、適宜調整することが可能であるが、後述する平板状シート13や波状シート14よりは厚くすることが好ましい。例えば、固体燃料11の各層の厚みは、0.1mm以上であることが好ましく、0.25mm以上、0.5mm以上、又は1mm以上であってもよい。また、固体燃料11の各層の厚みの上限は、200mm以下であることが好ましく、150mm以下、20mm以下、15mm以下、5mm以下又は3mm以下であってもよい。詳細には、固体燃料11の形態によって好ましい厚みは異なり、例えば固体燃料11がシート状の場合、各層の厚みは0.1mm以上であることが好ましく、0.25mm以上がより好ましい。また片段シートと共に巻回しやすいことから、固体燃料11の各層の厚みの上限は5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましい。固体燃料11が棒状の場合、細すぎる棒状燃料を多数使用せずに済むことから、各層の厚みは0.5mm以上であることが好ましく、1mm以上がより好ましい。また固体燃料11の各層の厚みの上限は20mm以下であることが好ましく、15mm以下であることがより好ましい。一方、流動性のある固体燃料11の材料を隔壁12の間に流し込んだ後、固化させて使用する場合、各層の厚みは0.1mm以上であることが好ましく、0.25mm以上がより好ましい。また固体燃料11の各層の厚みの上限は200mm以下であることが好ましく、150mm以下であることがより好ましい。 The thickness of each layer of the solid fuel 11 can be appropriately adjusted, but it is preferably thicker than the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14 described later. For example, the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 0.1 mm or more, and may be 0.25 mm or more, 0.5 mm or more, or 1 mm or more. The upper limit of the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 200 mm or less, and may be 150 mm or less, 20 mm or less, 15 mm or less, 5 mm or less, or 3 mm or less. Specifically, the preferable thickness differs depending on the form of the solid fuel 11. For example, when the solid fuel 11 is in the form of a sheet, the thickness of each layer is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.25 mm or more. Further, since it is easy to wind together with the one-stage sheet, the upper limit of the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less. When the solid fuel 11 has a rod shape, the thickness of each layer is preferably 0.5 mm or more, and more preferably 1 mm or more, because it is not necessary to use a large number of rod-shaped fuels that are too thin. The upper limit of the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 20 mm or less, more preferably 15 mm or less. On the other hand, when the material of the solid fuel 11 having fluidity is poured between the partition walls 12 and then solidified for use, the thickness of each layer is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.25 mm or more. The upper limit of the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 200 mm or less, more preferably 150 mm or less.

隔壁12の構造は、図3に詳細に示している。隔壁12は、片段シートにより構成されている。この片段シートは、平板状シート13と波状シート14を両者の接触点15において接合した構造を持つ。接触点15では、接着剤を塗布することにより平板状シート13と波状シート14を接合することとしてもよいし、ヒートシール加工により平板状シート13と波状シート14を局所的に加熱することによって溶融させて接合することとしてもよい。 The structure of the partition wall 12 is shown in detail in FIG. The partition wall 12 is composed of a single-stage sheet. This one-stage sheet has a structure in which a flat plate-shaped sheet 13 and a wavy sheet 14 are joined at a contact point 15 of both. At the contact point 15, the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14 may be joined by applying an adhesive, or the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14 may be locally heated by heat-sealing to melt. It may be joined by letting them join.

隔壁12を構成する片段シートにおいて、平板状シート13と波状シート14は、その接触点15において接合されているものの、それ以外の部分的では乖離している。このため、平板状シート13と波状シート14の間には空隙Vが形成されることとなる。また、波状シート14は、周期的に起伏を繰り返しており、その片面に平板状シート13が貼り合わされている。このため、片段シートは、平板状シート13と波状シート14の接触点15(接合部分)に谷部14aが形成され、平板状シート13と波状シート14が剥離している部分に山部14bが形成されたものとなる。 In the one-stage sheet constituting the partition wall 12, the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14 are joined at the contact point 15, but are partially separated from each other. Therefore, a gap V is formed between the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14. Further, the wavy sheet 14 repeats undulations periodically, and the flat plate-shaped sheet 13 is attached to one side thereof. Therefore, in the one-stage sheet, a valley portion 14a is formed at the contact point 15 (joint portion) between the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14, and a mountain portion 14b is formed at the portion where the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 are peeled off. It will be formed.

また、図3では、平板状シート13の厚みを符号Tで示し、波状シート14の厚みを符号Tで示している。平板状シート13の厚みTと波状シート14の厚みTは、片段シートに固体燃料11の間の隙間を維持できる程度の十分な強度を与えることを考慮すると、それぞれ、例えば0.05mm以上、0.07mm以上、0.1mm以上、0.15mm以上、0.2mm以上、又は0.25mm以上であることが好ましい。一方、各シート13,14が厚すぎると片段シートの加工や製造が難しくなることから、各シート13,14の厚みT,Tは、それぞれ1mm未満であることが好ましく、具体的には0.9mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下、0.6mm以下、又は0.5mm以下であることが好ましい。なお、平板状シート13と波状シート14の厚みは同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。 Further, in FIG. 3, the thickness of the flat plate - shaped sheet 13 is indicated by reference numeral T1, and the thickness of the corrugated sheet 14 is indicated by reference numeral T2. The thickness T 1 of the flat sheet 13 and the thickness T 2 of the wavy sheet 14 are, for example, 0.05 mm or more, respectively, considering that the one-stage sheet is provided with sufficient strength to maintain a gap between the solid fuels 11. , 0.07 mm or more, 0.1 mm or more, 0.15 mm or more, 0.2 mm or more, or 0.25 mm or more is preferable. On the other hand, if the sheets 13 and 14 are too thick, it becomes difficult to process and manufacture the one-stage sheet. Therefore, the thicknesses T 1 and T 2 of the sheets 13 and 14 are preferably less than 1 mm, respectively, specifically. It is preferably 0.9 mm or less, 0.8 mm or less, 0.7 mm or less, 0.6 mm or less, or 0.5 mm or less. The thicknesses of the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 may be the same or different from each other.

また、図3では、波状シート14と平板状シート13の接触点15(接合部分)の間隔を符号Pで示している。波状シート14は、一定の周期で起伏していることから、間隔Pも基本的には一定である。間隔Pは、特に制限されず、グレイン10やそれを搭載するハイブリッドロケット100のサイズに応じて適宜調整すればよい。例えば、間隔Pは、1mm以上、2mm以上、又は3mm以上とすることができ、その上限は10mm以下、8mm以下、又は6mm以下とすればよい。 Further, in FIG. 3, the distance between the contact point 15 (joint portion) between the corrugated sheet 14 and the flat plate sheet 13 is indicated by reference numeral P. Since the wavy sheet 14 is undulating at a constant cycle, the interval P is also basically constant. The interval P is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the size of the grain 10 and the hybrid rocket 100 on which the grain 10 is mounted. For example, the interval P can be 1 mm or more, 2 mm or more, or 3 mm or more, and the upper limit thereof may be 10 mm or less, 8 mm or less, or 6 mm or less.

また、図3では、波状シート14と平板状シート13の間に形成された空隙Vの高さを符号Hで示している。空隙Vの高さHも、特に制限されず、グレイン10やそれを搭載するハイブリッドロケット100のサイズに応じて適宜調整すればよい。例えば、空隙Vの高さHは、0.3mm以上、0.5mm以上、又は1mm以上とすることができ、その上限は10mm、5mm以下、又は3mm以下とすればよい。 Further, in FIG. 3, the height of the gap V formed between the wavy sheet 14 and the flat plate sheet 13 is indicated by the reference numeral H. The height H of the gap V is also not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the size of the grain 10 and the hybrid rocket 100 on which the grain 10 is mounted. For example, the height H of the gap V can be 0.3 mm or more, 0.5 mm or more, or 1 mm or more, and the upper limit thereof may be 10 mm, 5 mm or less, or 3 mm or less.

片段シートを構成する波状シート14と平板状シート13は、それぞれ可燃性材料で形成される。各シート13,14の材料としては、例えば可燃性の紙や熱可塑性樹脂を選択できる。紙の原材料としては、広葉樹及び針葉樹等の木材や、古紙、その他麻、コウゾ、ミツマタ、竹等の植物性繊維を用いることができる。また、各シート13,14を形成する熱可塑性樹脂としては、前述した固体燃料11と同様に、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、ポリイソブチレン、エポキシ樹脂、及びパラフィン等の炭化水素系ポリマーを用いればよい。なお、波状シート14と平板状シート13は、同種の材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。また、隔壁12を構成する片段シートと固体燃料11を同じ材料で形成することも可能であるが、異なる材料で形成してもよい。 The wavy sheet 14 and the flat plate sheet 13 constituting the one-stage sheet are each made of a flammable material. As the material of each of the sheets 13 and 14, for example, flammable paper or thermoplastic resin can be selected. As a raw material for paper, wood such as hardwood and coniferous wood, and vegetable fibers such as used paper, hemp, mulberry, mitsumata, and bamboo can be used. The thermoplastic resin forming the sheets 13 and 14 includes a polyolefin resin, a polybutadiene resin, a polyurethane resin, a polyester resin, a polyacrylonitrile resin, and a polyvinyl chloride resin, as in the solid fuel 11 described above. , Poly (meth) acrylic acid ester-based resin, polyisobutylene, epoxy resin, and hydrocarbon-based polymers such as paraffin may be used. The corrugated sheet 14 and the flat plate sheet 13 may be made of the same kind of material or may be made of different materials. Further, although the one-stage sheet constituting the partition wall 12 and the solid fuel 11 can be formed of the same material, they may be formed of different materials.

このような片段シートは、公知の段ボールのコルゲーター(例えば特開昭58-153631号公報)を利用して容易に加工及び製造することができる。例えば平板状シート13と波状シート14を共に熱可塑性樹脂製とする場合、加熱された段ロールに樹脂製原板を掛けて波状に熱成型することにより波状シート14を得るとともに、この加熱された段ロールと平坦なプレスロールとの間に平板状シート13と波状シート14を導入して両シート13,14を熱圧着すればよい。これにより、接着剤を用いずに、平板状シート13と波状シート14が接合された片段シートを工業的に生産できる。ただし、接着剤を用いて平板状シート13と波状シート14を接着する手法を採用することも可能である。 Such a one-stage sheet can be easily processed and manufactured by using a known corrugated cardboard corrugator (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-153631). For example, when both the flat plate-shaped sheet 13 and the corrugated sheet 14 are made of thermoplastic resin, the corrugated sheet 14 is obtained by thermoforming the heated corrugated roll with a resin original plate in a wavy shape, and the heated corrugated roll is formed. A flat sheet 13 and a corrugated sheet 14 may be introduced between the roll and the flat press roll, and both sheets 13 and 14 may be thermocompression bonded. This makes it possible to industrially produce a one-stage sheet in which the flat sheet 13 and the corrugated sheet 14 are joined without using an adhesive. However, it is also possible to adopt a method of adhering the flat sheet 13 and the corrugated sheet 14 using an adhesive.

図2~図4に示した第1の実施形態では、片段シートを巻回することにより渦巻状の隔壁12が形成されている。この隔壁12は、波状シート14が内向きとなり、平板状シート13が外向きとなるように配置されたものである。そして、この渦巻状の隔壁12の間に、固体燃料11が充填されている。これにより、グレイン10の半径方向にRに向かって、固体燃料11の層が複数形成される。本実施形態において、各層では、ある隔壁12の層の平板状シート13と次の隔壁12の層の波状シート14とに固体燃料11が密着することとなる。ただし、片段シートの波状シート14が具備する高さ方向の圧縮回復力より、固体燃料11の層間の隙間を維持できるため、固体燃料11の燃焼効率を高めて燃焼時に大きい推力を得ることができる。 In the first embodiment shown in FIGS. 2 to 4, the spiral partition wall 12 is formed by winding the one-stage sheet. The partition wall 12 is arranged so that the corrugated sheet 14 faces inward and the flat plate sheet 13 faces outward. The solid fuel 11 is filled between the spiral partition walls 12. As a result, a plurality of layers of the solid fuel 11 are formed in the radial direction of the grain 10 toward R. In the present embodiment, in each layer, the solid fuel 11 is in close contact with the flat sheet 13 of one partition wall 12 and the wavy sheet 14 of the next partition wall 12. However, since the gap between the layers of the solid fuel 11 can be maintained by the compression recovery force in the height direction of the wavy sheet 14 of the one-stage sheet, the combustion efficiency of the solid fuel 11 can be improved and a large thrust can be obtained at the time of combustion. ..

図2に示した実施形態では、固体燃料11の層は3層又は4層となっているが、固体燃料11の層の数は、グレイン10やそれを搭載するハイブリッドロケット100のサイズに応じて適宜調整することができる。例えば、固体燃料11の層の数に特に制限はないが、例えば3層以上とすることが好ましい。 In the embodiment shown in FIG. 2, the solid fuel 11 has three or four layers, but the number of layers of the solid fuel 11 depends on the size of the grain 10 and the hybrid rocket 100 on which the solid fuel 11 is mounted. It can be adjusted as appropriate. For example, the number of layers of the solid fuel 11 is not particularly limited, but for example, three or more layers are preferable.

本実施形態に係るグレイン10は、例えば、巻回前の片段シート上に固体燃料11を載せて、その後、この固体燃料11を巻き込みながら片段シートを渦巻状に巻回することにより製造することができる。別の方法としては、片段シートを渦巻状に巻回した後に、片段シートがなす隔壁12の間に流動性のある固体燃料11の材料を流し込んで、その後固体燃料11の材料を固化させることによってもグレイン10を製造することができる。 The grain 10 according to the present embodiment can be manufactured, for example, by placing the solid fuel 11 on the one-stage sheet before winding and then winding the solid fuel 11 in a spiral shape while winding the solid fuel 11. can. As another method, after winding the one-stage sheet in a spiral shape, the material of the solid fuel 11 having fluidity is poured between the partition walls 12 formed by the one-stage sheet, and then the material of the solid fuel 11 is solidified. Can also produce grain 10.

また、図4の斜視図に示されているように、本実施形態に係るグレイン10では、隔壁12をなす片段シートの平板状シート13と波状シート14の接触点15(接合部分)は、グレイン10の中心軸Aと平行に延びるように直線状に形成されている。このように接触点15をグレイン10の中心軸Aと平行にすることが、片段シートの構造上、片段シートを渦巻状に最も加工しやすい方法である。 Further, as shown in the perspective view of FIG. 4, in the grain 10 according to the present embodiment, the contact point 15 (joint portion) between the flat plate-shaped sheet 13 of the one-stage sheet forming the partition wall 12 and the corrugated sheet 14 is a grain. It is formed in a straight line so as to extend parallel to the central axis A of 10. Making the contact point 15 parallel to the central axis A of the grain 10 in this way is the easiest method for processing the one-stage sheet into a spiral shape due to the structure of the one-stage sheet.

続いて、本発明に係るグレイン10の別の実施形態について説明する。別の実施形態に関しては、前述した第1の実施形態と異なる点を中心に説明を行う。別の実施形態には、前述した第1の実施形態と同じ要素には同じ符号を付すことでその詳細については割愛する。 Subsequently, another embodiment of the grain 10 according to the present invention will be described. The other embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment described above. In another embodiment, the same elements as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted.

図5は、本発明の第2の実施形態に係るグレイン10の断面構造を示している。第2の実施形態に係るグレイン10は、隔壁12の構造は第1の実施形態と共通しているが、固体燃料11の層構造が第1の実施形態と異なる。すなわち、図2に示されるように、第2の実施形態では、複数の棒状(特に円柱状)の固体燃料11を採用している。このような棒状の固体燃料11を隔壁12の間に挿入して並べることで、固体燃料11の層を形成している。 FIG. 5 shows the cross-sectional structure of the grain 10 according to the second embodiment of the present invention. The grain 10 according to the second embodiment has the same structure of the partition wall 12 as that of the first embodiment, but the layer structure of the solid fuel 11 is different from that of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 2, in the second embodiment, a plurality of rod-shaped (particularly columnar) solid fuels 11 are adopted. By inserting and arranging such rod-shaped solid fuels 11 between the partition walls 12, a layer of the solid fuels 11 is formed.

より具体的に説明すると、棒状の固体燃料11は、隔壁12をなす片段シートのうち、2つの山部14bの間の谷部14aに配置されている(図3参照)。このように、片段シートの谷部14aに固体燃料11を差し込むことで、グレイン10完成後に固体燃料11の位置にずれが生じることを防止できる。 More specifically, the rod-shaped solid fuel 11 is arranged in the valley portion 14a between the two peak portions 14b in the one-stage sheet forming the partition wall 12 (see FIG. 3). By inserting the solid fuel 11 into the valley portion 14a of the one-stage sheet in this way, it is possible to prevent the position of the solid fuel 11 from being displaced after the grain 10 is completed.

なお、図5に示した実施形態では、片段シートのほぼ全ての谷部14aに棒状の固体燃料11を配置しているが、必ずしもそのようにする必要はない。例えば、固体燃料11を配置した谷部14aと固体燃料11が配置されていない谷部14aが交互となるようにしてもよい。また、層ごとに、固体燃料11を配置する谷部14aの割合を変化させることも可能である。例えば、グレイン10の中心寄りの層では固体燃料11を配置する谷部14aの割合を高くし、グレイン10の外周寄りの層では固体燃料11を配置する谷部14aの割合を低くすることもできる。 In the embodiment shown in FIG. 5, the rod-shaped solid fuel 11 is arranged in almost all the valleys 14a of the one-stage sheet, but it is not always necessary to do so. For example, the valley portion 14a in which the solid fuel 11 is arranged and the valley portion 14a in which the solid fuel 11 is not arranged may be alternately arranged. It is also possible to change the ratio of the valley portion 14a in which the solid fuel 11 is arranged for each layer. For example, in the layer near the center of the grain 10, the proportion of the valley portion 14a in which the solid fuel 11 is arranged can be increased, and in the layer near the outer periphery of the grain 10, the proportion of the valley portion 14a in which the solid fuel 11 is arranged can be decreased. ..

図6は、本発明の第3の実施形態に係るグレイン10の隔壁12の断面構造を示している。なお、図6では、固体燃料11の図示を省略しているが、第3の実施形態では、図2に示した隔壁12の間に固体燃料11を充填する方法と、図5に示した隔壁12の間に棒状の複数の固体燃料11を差し込む方法のどちらを採用することとしてもよい。 FIG. 6 shows the cross-sectional structure of the partition wall 12 of the grain 10 according to the third embodiment of the present invention. Although the solid fuel 11 is not shown in FIG. 6, in the third embodiment, the method of filling the solid fuel 11 between the partition walls 12 shown in FIG. 2 and the partition wall shown in FIG. 5 are shown. Either of the methods of inserting a plurality of rod-shaped solid fuels 11 between the 12 may be adopted.

図6に示されるように、第3の実施形態では、片段シートを渦巻状に巻回するのではなく、まず、片段シートによって構成された複数の円筒を用意する。複数の円筒は、それぞれ直径が異なっており、大きい直径の円筒の中に小さい直径の円筒を配置する。このとき、片段シートにより構成された複数の円筒は同心円状に配置される。このようにして、複数の筒状の片段シートにより複数層に渡る隔壁12を形成することができる。 As shown in FIG. 6, in the third embodiment, instead of winding the one-stage sheet in a spiral shape, first, a plurality of cylinders composed of the one-stage sheet are prepared. Multiple cylinders have different diameters, and a small diameter cylinder is placed inside a large diameter cylinder. At this time, a plurality of cylinders composed of one-stage sheets are arranged concentrically. In this way, the partition wall 12 over a plurality of layers can be formed by the plurality of tubular single-stage sheets.

さらに、第3の実施形態では、グレイン10の周方向Cに固体燃料11の収納空間を区画するために、半径方向Rに沿って形成された可燃性の仕切り壁16がさらに設けられている。このような仕切り壁16を設けることで、円筒状の隔壁12同士の間隔も保つことができる。図6に示した例において、各仕切り壁16は、単純な平板状に形成されている。ただし、仕切り壁16は、隔壁12と同様に片段シートにより形成することも可能である。仕切り壁16の可燃性材料としては、例えば片段シートをなす平板状シート13や波状シート14と同様の材料を採用すればよい。 Further, in the third embodiment, a flammable partition wall 16 formed along the radial direction R is further provided in order to partition the storage space for the solid fuel 11 in the circumferential direction C of the grain 10. By providing such a partition wall 16, the distance between the cylindrical partition walls 12 can be maintained. In the example shown in FIG. 6, each partition wall 16 is formed in a simple flat plate shape. However, the partition wall 16 can also be formed by a single-stage sheet like the partition wall 12. As the flammable material of the partition wall 16, for example, the same material as the flat plate-shaped sheet 13 or the corrugated sheet 14 forming the one-stage sheet may be adopted.

なお、図6に示した例では、5つの円筒状の片段シート(隔壁12)により固体燃料11を収納するための層が4層形成されおり、各層に配置された仕切り壁16が一直線上に並んでいる。ただし、各層の仕切り壁16の配置はこれに限定されず、例えば、仕切り壁16は層ごとに左右にずらして配置されていてもよい。また、図6に示した例では、各層に配置された仕切り壁16の数が同じ(具体的には12枚)であるが、各層の仕切り壁16の数は異なっていてもよい。例えば、固体燃料11の収納空間の大きさを統一するために、内側の層では仕切り壁16の数を少なくし、外側の層では仕切り壁16の数を多くすることも可能である。 In the example shown in FIG. 6, four layers for storing the solid fuel 11 are formed by five cylindrical single-stage sheets (partition walls 12), and the partition walls 16 arranged in each layer are arranged in a straight line. They are lined up. However, the arrangement of the partition wall 16 of each layer is not limited to this, and for example, the partition wall 16 may be arranged so as to be shifted to the left or right for each layer. Further, in the example shown in FIG. 6, the number of partition walls 16 arranged in each layer is the same (specifically, 12), but the number of partition walls 16 in each layer may be different. For example, in order to unify the size of the storage space of the solid fuel 11, it is possible to reduce the number of partition walls 16 in the inner layer and increase the number of partition walls 16 in the outer layer.

図7は、本発明の第4の実施形態に係るグレイン10の隔壁12の斜視図を示している。なお、図7でも、固体燃料11の図示を省略しているが、第4の実施形態では、図2に示した隔壁12の間に固体燃料11を充填する方法と、図5に示した隔壁12の間に棒状の複数の固体燃料11を差し込む方法のどちらも採用することができる。 FIG. 7 shows a perspective view of the partition wall 12 of the grain 10 according to the fourth embodiment of the present invention. Although the solid fuel 11 is not shown in FIG. 7, in the fourth embodiment, the method of filling the solid fuel 11 between the partition walls 12 shown in FIG. 2 and the partition wall shown in FIG. 5 are shown. Either of the methods of inserting a plurality of rod-shaped solid fuels 11 between the 12 can be adopted.

図7と図4を比較すると分かり易いが、図7に示した第4の実施形態では、図4に示した第1の実施形態と異なり、隔壁12をなす片段シートの平板状シート13と波状シート14の接触点15(接合部分)が、グレイン10の中心軸Aに対して所定角度θで傾いている。中心軸Aに対して接触点15が傾斜する角度θは、5~35度とすることが好ましい。このように接触点15を傾斜させることで、平板状シート13と波状シート14の間の空隙Vも接触点15と平行に傾斜する。これにより、固体燃料11の燃焼時に燃焼空間S内に燃焼ガスの旋回流を発生させることができ、固体燃料11を均一に燃焼させることができる。また、燃焼ガスを旋回させることで、燃焼ガスの噴射方向が安定し、得られる推力も安定する。 Although it is easy to understand by comparing FIGS. 7 and 4, in the fourth embodiment shown in FIG. 7, unlike the first embodiment shown in FIG. 4, the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy one-stage sheet forming the partition wall 12 are wavy. The contact point 15 (joint portion) of the sheet 14 is tilted at a predetermined angle θ with respect to the central axis A of the grain 10. The angle θ at which the contact point 15 is tilted with respect to the central axis A is preferably 5 to 35 degrees. By inclining the contact point 15 in this way, the gap V between the flat plate sheet 13 and the corrugated sheet 14 is also inclined in parallel with the contact point 15. As a result, a swirling flow of combustion gas can be generated in the combustion space S when the solid fuel 11 is burned, and the solid fuel 11 can be uniformly burned. Further, by swirling the combustion gas, the injection direction of the combustion gas is stabilized and the obtained thrust is also stabilized.

また、図7に示した第4の実施形態において、隔壁12の間に棒状の複数の固体燃料11を差し込む場合には、この棒状の固体燃料11は、平板状シート13と波状シート14の接触点15に沿って配置することが好ましい。すなわち、棒状の固体燃料11も、接触点15とともに、グレイン10の中心軸Aに対して所定角度θで傾斜した状態で隔壁12の間に差し込まれることとなる。 Further, in the fourth embodiment shown in FIG. 7, when a plurality of rod-shaped solid fuels 11 are inserted between the partition walls 12, the rod-shaped solid fuel 11 is in contact with the flat plate-shaped sheet 13 and the wavy sheet 14. It is preferable to arrange it along the point 15. That is, the rod-shaped solid fuel 11 is also inserted between the partition walls 12 together with the contact point 15 in a state of being inclined at a predetermined angle θ with respect to the central axis A of the grain 10.

図8は、本発明の第5の実施形態に係るグレイン10の隔壁12の断面構造を示している。図8でも、固体燃料11の図示を省略しているが、第5の実施形態では、図2に示した隔壁12の間に固体燃料11を充填する方法と、図5に示した隔壁12の間に棒状の複数の固体燃料11を差し込む方法のどちらも採用することができる。 FIG. 8 shows the cross-sectional structure of the partition wall 12 of the grain 10 according to the fifth embodiment of the present invention. Although the illustration of the solid fuel 11 is omitted in FIG. 8, in the fifth embodiment, the method of filling the solid fuel 11 between the partition walls 12 shown in FIG. 2 and the partition wall 12 shown in FIG. 5 Either of the methods of inserting a plurality of rod-shaped solid fuels 11 between them can be adopted.

図8に示されるように、第5の実施形態における隔壁12は、略円筒状のグレイン10に、第1の燃焼空間S1と第2の燃焼空間S2を形成するように設計されている。すなわち、図8に示した例において、隔壁12は、第1から第5の片段シート12(a)~12(e)により構成されている。第1の片段シート12(a)は、グレイン10の外周を形成するように渦巻状に巻回される。第2の片段シート12(b)は、第1の片段シート12(a)の内側に配置され、第1の燃焼空間S1を形成するように渦巻状に巻回される。第3の片段シート12(c)は、第1の片段シート12(a)の内側に配置され、第2の燃焼空間S2を形成するように渦巻状に巻回される。なお、図示した例では、第1の燃焼空間S1と第2の燃焼空間S2はほぼ等しい直径とされているが、これらの空間S1,S2の直径を異ならせることもできる。また、第4及び第5の片段シート12(d),12(e)は、第1の片段シート12(a)の内側に配置され、第1の片段シート12(a)と第2及び第3の片段シート12(b),12(c)との間の隙間を埋めるように、適当な部位で折り曲げたり湾曲させたりした形状となっている。このように、複数の片段シート12(a)~12(e)を用いて、隔壁12を形成することも可能である。 As shown in FIG. 8, the partition wall 12 in the fifth embodiment is designed to form a first combustion space S1 and a second combustion space S2 in a substantially cylindrical grain 10. That is, in the example shown in FIG. 8, the partition wall 12 is composed of the first to fifth single-stage sheets 12 (a) to 12 (e). The first single-stage sheet 12 (a) is spirally wound so as to form the outer circumference of the grain 10. The second single-stage sheet 12 (b) is arranged inside the first single-stage sheet 12 (a) and is spirally wound so as to form the first combustion space S1. The third single-stage sheet 12 (c) is arranged inside the first single-stage sheet 12 (a) and is spirally wound so as to form the second combustion space S2. In the illustrated example, the first combustion space S1 and the second combustion space S2 have substantially the same diameter, but the diameters of these spaces S1 and S2 can be different. Further, the fourth and fifth single-stage sheets 12 (d) and 12 (e) are arranged inside the first single-stage sheet 12 (a), and the first single-stage sheet 12 (a) and the second and second single-stage sheets 12 (a) are arranged. The shape is bent or curved at an appropriate portion so as to fill the gap between the single-stage sheets 12 (b) and 12 (c) of 3. In this way, it is also possible to form the partition wall 12 by using the plurality of single-stage sheets 12 (a) to 12 (e).

なおここまで、片段構造の隔壁12を使用して、固体燃料11の層間に空隙Vを形成することにより、固体燃料11の燃焼効率を高めたグレイン10について説明してきたが、固体燃料の選択の仕方によっては、空隙V中にも固体燃料が充填されているにも関わらず、高い燃焼効率を有するグレインを得ることができる。具体的には、例えば図3、6、7及び8に記載の、片段シート巻回物または円筒状物の組合せに、流動性のある固体燃料11の材料を含浸させ、その後固体燃料11の材料を固化させることにより、グレイン10を製造する。この場合には、図3に示した空隙Vに相当する領域にも、固体燃料が充填される。 Up to this point, the grain 10 in which the combustion efficiency of the solid fuel 11 has been improved by forming the void V between the layers of the solid fuel 11 by using the partition wall 12 having a one-stage structure has been described. Depending on the method, a grain having high combustion efficiency can be obtained even though the void V is also filled with the solid fuel. Specifically, for example, the combination of the one-stage sheet wound material or the cylindrical object shown in FIGS. 3, 6, 7 and 8 is impregnated with the material of the fluid solid fuel 11 and then the material of the solid fuel 11. The grain 10 is produced by solidifying. In this case, the solid fuel is also filled in the region corresponding to the void V shown in FIG.

流動性のある固体燃料としては、前述した固体燃料11のうち、例えばエポキシ樹脂、ワックスに代表されるパラフィン、油脂とアミノ酸系ゲル化剤との組み合わせ、エタノールと酢酸カルシウムとの組み合わせ等が挙げられる。これらのうち、ワックスに代表されるパラフィン、油脂とアミノ酸系ゲル化剤との組み合わせ、及びエタノールと酢酸カルシウムとの組み合わせは、いずれも波状シート14及び平板状シート13の材料として前述したものより低い融点を有する。例えば片段シートとして熱可塑性樹脂からなるシートを用い、固体燃料11として、片段シートより低い融点を有する可燃性材料を使用した場合、グレイン10の燃焼時に片段シートが溶融して穴が空き、そこから可燃性ガス、すなわち液状化した固体燃料11が燃焼空間に噴出することにより、燃焼を促進し、後退速度が上昇する。またエポキシ樹脂、油脂とアミノ酸系ゲル化剤との組み合わせ、及びエタノールと酢酸カルシウムとの組み合わせは、いずれも波状シート14及び平板状シート13の材料として前述したものより酸素含有量が多い。例えば片段シート中の酸素含有量より固体燃料11中の酸素含有量が高い場合は、燃焼が進むことによりグレイン11中の酸素供給量が増加することになるので、後退速度がより上昇するため好ましい。酸素含有量については後述する。 Examples of the fluid solid fuel include epoxy resin, paraffin typified by wax, a combination of fat and oil with an amino acid gelling agent, a combination of ethanol and calcium acetate, and the like among the above-mentioned solid fuel 11. .. Of these, the combinations of paraffin represented by wax, the combination of fats and oils with an amino acid-based gelling agent, and the combination of ethanol and calcium acetate are all lower than those described above as materials for the wavy sheet 14 and the flat sheet 13. Has a melting point. For example, when a sheet made of a thermoplastic resin is used as the one-stage sheet and a flammable material having a melting point lower than that of the one-stage sheet is used as the solid fuel 11, the one-stage sheet melts and has holes when the grain 10 is burned. Combustible gas, that is, the liquefied solid fuel 11 is ejected into the combustion space to promote combustion and increase the retreat speed. Further, the combination of the epoxy resin, the fat and oil and the amino acid gelling agent, and the combination of ethanol and calcium acetate all have a higher oxygen content than those described above as the materials of the wavy sheet 14 and the flat plate sheet 13. For example, when the oxygen content in the solid fuel 11 is higher than the oxygen content in the one-stage sheet, the oxygen supply amount in the grain 11 increases as the combustion progresses, which is preferable because the recession rate further increases. .. The oxygen content will be described later.

なお、流動性のある固体燃料11の材料を隔壁12の間に含浸させた後、固化させて使用する場合、固体燃料11層の厚みは0.1mm以上であることが好ましく、0.25mm以上がより好ましい。また固体燃料11の各層の厚みの上限は200mm以下であることが好ましく、150mm以下であることがより好ましい。 When the material of the solid fuel 11 having fluidity is impregnated between the partition walls 12 and then solidified for use, the thickness of the solid fuel 11 layer is preferably 0.1 mm or more, preferably 0.25 mm or more. Is more preferable. The upper limit of the thickness of each layer of the solid fuel 11 is preferably 200 mm or less, more preferably 150 mm or less.

図9は、2つの燃焼空間S1,S2が設けられたグレイン10を模式的に示している。図9(a)に示した例では、2つの燃焼空間S1,S2が、それぞれグレイン10の中心軸と平行に直線状に延びている。一方、図9(b)に示した例では、2つの燃焼空間S1,S2が、それぞれ螺旋状に伸びており、これらの燃焼空間S1,S2によって二重螺旋が形成されている。なお、図9(b)では、グレイン10の天面と下面における燃焼空間S1,S2の位置関係に加えて、それらの間の2つの切断面における燃焼空間S1,S2の位置関係を模式的に表している。このように、グレイン10の燃焼空間S1,S2は直線状に限らず、螺旋状であってもよい。グレイン10の燃焼空間S1,S2を螺旋状とすることで、燃焼ガスの旋回流を発生させることができる。 FIG. 9 schematically shows a grain 10 provided with two combustion spaces S1 and S2. In the example shown in FIG. 9A, the two combustion spaces S1 and S2 extend linearly in parallel with the central axis of the grain 10, respectively. On the other hand, in the example shown in FIG. 9B, the two combustion spaces S1 and S2 extend in a spiral shape, respectively, and a double helix is formed by these combustion spaces S1 and S2. In FIG. 9B, in addition to the positional relationship between the combustion spaces S1 and S2 on the top surface and the bottom surface of the grain 10, the positional relationship between the combustion spaces S1 and S2 on the two cut surfaces between them is schematically shown. Represents. As described above, the combustion spaces S1 and S2 of the grain 10 are not limited to a linear shape, but may be a spiral shape. By making the combustion spaces S1 and S2 of the grain 10 spiral, a swirling flow of combustion gas can be generated.

図10は、本発明に係るグレイン10の変形例を示している。図10に示した変形例は、前述した第1から第5の実施形態のいずれにも適用することができる。図10(a)及び図10(b)は、グレイン10の断面構造を示している。 FIG. 10 shows a modified example of the grain 10 according to the present invention. The modification shown in FIG. 10 can be applied to any of the first to fifth embodiments described above. 10 (a) and 10 (b) show the cross-sectional structure of the grain 10.

図10(a)に示した変形例では、前述したグレイン10(固体燃料11と隔壁12を含むもの)の内周面に固体推進剤60がさらに積層されている。前述したとおり、グレイン10は、液体酸化剤を支燃物として燃焼するものであるが、固体推進剤60は、固体燃料と固体酸化剤をバインダーで結着させたものであり、それ単独で燃焼する。固体推進剤60を構成する固体燃料、固体酸化剤、及びバインダーはそれぞれ公知のものを採用すればよい。 In the modified example shown in FIG. 10A, the solid propellant 60 is further laminated on the inner peripheral surface of the above-mentioned grain 10 (including the solid fuel 11 and the partition wall 12). As described above, the grain 10 burns with a liquid oxidant as a combustion support, while the solid propellant 60 is a solid fuel and a solid oxidant bonded with a binder and burned by itself. do. Known solid fuels, solid oxidants, and binders constituting the solid propellant 60 may be used.

このように略円筒状のグレイン10の内周面に固体推進剤60を積層しておくことで、ロケットは2段階で推力を得ることができる。すなわち、第1段階では、固体推進剤60を単独で燃焼させることでロケットに推力を与える。固体推進剤60が燃焼し終えると、ロケットは一旦推力を失う。なお、グレイン10は単独では燃焼しないため、固体推進剤60からグレイン10に延焼することはない。その後、第2段階では、酸化剤タンク30(図1参照)からグレイン10の燃焼空間Sに液体燃料を供給し、燃焼空間Sで再び着火することで、グレイン10は燃焼を開始する。これにより、ロケットに再び推力を与えることができる。このため、例えば、地上からの打ち上げ時には固体推進剤60を燃焼させ、宇宙空間又は大気圏からの帰還時には液体酸化剤を供給してグレイン10を燃焼させるといったように、ロケットの往路と復路で燃料を切り替えることができる。 By laminating the solid propellant 60 on the inner peripheral surface of the substantially cylindrical grain 10 in this way, the rocket can obtain thrust in two stages. That is, in the first stage, thrust is applied to the rocket by burning the solid propellant 60 alone. Once the solid propellant 60 has finished burning, the rocket once loses thrust. Since the grain 10 does not burn by itself, the fire does not spread from the solid propellant 60 to the grain 10. After that, in the second stage, the liquid fuel is supplied from the oxidant tank 30 (see FIG. 1) to the combustion space S of the grain 10 and ignited again in the combustion space S, so that the grain 10 starts combustion. This allows the rocket to be thrust again. Therefore, for example, the solid propellant 60 is burned at the time of launch from the ground, and the liquid oxidizer is supplied at the time of returning from outer space or the atmosphere to burn the grain 10. You can switch.

図10(b)に示した変形例では、前述したグレイン10において、固体燃料11の各層における酸素含有率を、グレイン10の中心から外周に向かって徐々に大きくしている。図10(b)の例では、グレイン10の中心から順に、第1層10(a)、第2層10(b)、第3層10(c)、及び第4層10(d)に分けている。この場合に、各層の酸素含有率は、第1層10(a)、第2層10(b)、第3層10(c)、及び第4層10(d)の順で大きくなる。ハイブリッドロケットにおいては、グレイン10の中心の燃焼空間Sに液体酸化剤を供給してグレイン10を構成する固体燃料11を燃焼させるが、グレイン10の外周に向かうにつれて、液体酸化剤の供給量が低下する。そこで、グレイン10の外周に向かうにつれて酸素含有率を大きくすることで、液体酸化剤の不足を補うことができる。 In the modification shown in FIG. 10B, in the above-mentioned grain 10, the oxygen content in each layer of the solid fuel 11 is gradually increased from the center of the grain 10 toward the outer periphery. In the example of FIG. 10B, the grain 10 is divided into a first layer 10 (a), a second layer 10 (b), a third layer 10 (c), and a fourth layer 10 (d) in order from the center of the grain 10. ing. In this case, the oxygen content of each layer increases in the order of the first layer 10 (a), the second layer 10 (b), the third layer 10 (c), and the fourth layer 10 (d). In the hybrid rocket, a liquid oxidant is supplied to the combustion space S at the center of the grain 10 to burn the solid fuel 11 constituting the grain 10, but the supply amount of the liquid oxidant decreases toward the outer periphery of the grain 10. do. Therefore, the shortage of the liquid oxidant can be compensated by increasing the oxygen content toward the outer periphery of the grain 10.

ここにいう「酸素含有率」とは、燃料を構成する物質中に含まれる酸素原子の含有率を質量%で表したものである。酸素原子を含む物質としては、ジグリシジル・アジド・ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタフタレート、エポキシ樹脂、セルロース、エタノール、油脂等が挙げられる。酸素含有率は元素分析法で求めることができる。元素分析法としてはたとえば1050℃、ヘリウムキャリア中の無酸素状態下で試料を燃焼させ、発生した一酸化窒素を定量する方法が挙げられる。 The "oxygen content" referred to here is the content of oxygen atoms contained in the substance constituting the fuel expressed in mass%. Examples of the substance containing an oxygen atom include diglycidyl azide polymer, polyethylene glycol, polymethylmethacrylate, polyethylene terephthalate, epoxy resin, cellulose, ethanol, oil and fat and the like. The oxygen content can be determined by an elemental analysis method. Examples of the elemental analysis method include a method of quantifying the generated nitric oxide by burning a sample under anoxic conditions in a helium carrier at 1050 ° C.

以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。 As described above, in the present specification, in order to express the content of the present invention, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and includes modifications and improvements which are obvious to those skilled in the art based on the matters described in the present specification.

10…グレイン 11…固体燃料
12…隔壁 13…平板状シート
14…波状シート 14a…谷部
14b…山部 15…接触点
16…仕切り壁 20…モーターケース
30…酸化剤タンク 40…噴射ノズル
50…火薬 100…ハイブリッドロケット
S…燃焼空間 S1…第1の燃焼空間
S2…第2の燃焼空間 V…空隙
10 ... Grain 11 ... Solid fuel 12 ... Bulk partition 13 ... Flat sheet 14 ... Wavy sheet 14a ... Tanibe 14b ... Yamabe 15 ... Contact point 16 ... Partition wall 20 ... Motor case 30 ... Oxidizing agent tank 40 ... Injection nozzle 50 ... Explosive 100 ... Hybrid rocket S ... Combustion space S1 ... First combustion space S2 ... Second combustion space V ... Void

Claims (10)

ハイブリッドロケット用グレインであって、
前記グレインの断面円における半径方向に向かって複数層に亘って積層された固体燃料と、
前記固体燃料の各層を隔てる可燃性の隔壁を含み、
前記隔壁は、平板状シートと波状シートが両者の接触点において接合された片段シートにより構成されている
グレイン。
A grain for hybrid rockets
A solid fuel laminated over a plurality of layers in the radial direction in the cross-sectional circle of the grain,
Includes flammable bulkheads separating the layers of the solid fuel,
The partition wall is a grain composed of a single-stage sheet in which a flat sheet and a corrugated sheet are joined at a contact point between the two.
前記隔壁は、前記波状シートが内向きとなるように配置されている
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the partition wall is arranged so that the wavy sheet faces inward.
前記隔壁は、前記片段シートを巻回することにより構成されたものである
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the partition wall is formed by winding the one-stage sheet.
前記隔壁は、円筒状の前記片段シートを複数層に亘って配置することにより構成されたものである
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the partition wall is formed by arranging the cylindrical single-stage sheet over a plurality of layers.
前記グレインの周方向に前記固体燃料の収納空間を区画するために前記半径方向に沿って形成された可燃性の仕切り壁をさらに含む
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, further comprising a flammable partition wall formed along the radial direction to partition the storage space for the solid fuel in the circumferential direction of the grain.
前記固体燃料は、前記隔壁の間に充填されたものである
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the solid fuel is filled between the partition walls.
前記固体燃料は、棒状であり、
前記片段シートのうち、前記平板状シートと波状シートの接合部分を谷部、前記波状シートが前記平板状シートから乖離した部分を山部とした場合に、前記固体燃料は、2つの前記山部の間の前記谷部に挿入されている
請求項1に記載のグレイン。
The solid fuel is rod-shaped and has a rod shape.
When the joint portion between the flat plate-shaped sheet and the wavy sheet is a valley portion and the portion where the wavy sheet is separated from the flat plate-shaped sheet is a mountain portion in the one-stage sheet, the solid fuel has two mountain portions. The grain according to claim 1, which is inserted in the valley between the two.
前記グレインの最も内側に位置する前記固体燃料の層よりも、前記グレインの最も外側に位置する前記固体燃料の層の方が酸素含有率が高い
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the layer of the solid fuel located on the outermost side of the grain has a higher oxygen content than the layer of the solid fuel located on the innermost side of the grain.
前記グレインは、その中心軸方向に沿って延びるように一又は複数の燃焼空間が形成されている
請求項1に記載のグレイン。
The grain according to claim 1, wherein the grain has one or more combustion spaces formed so as to extend along the central axis direction thereof.
ハイブリッドロケット用グレインの製造方法であって、
平板状シートと波状シートを両者の接触点において接合した可燃性の片段シートを製造する工程と、
固体燃料を巻き込みながら前記片段シートを巻回するか、又は、前記片段シートを巻回した後に当該片段シートがなす層内に前記固体燃料を挿入することにより、前記グレインの半径方向に向かって複数層に亘って固体燃料を積層する工程と、を含む
製造方法。
A method for manufacturing grains for hybrid rockets.
The process of manufacturing a flammable single-stage sheet in which a flat sheet and a corrugated sheet are joined at the contact point between the two,
By winding the one-stage sheet while entraining the solid fuel, or by inserting the solid fuel into the layer formed by the one-stage sheet after winding the one-stage sheet, a plurality of the solid fuels are wound in the radial direction of the grain. A manufacturing method that includes a step of laminating solid fuel over layers.
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