JP2562501B2 - ロケットの固体推進薬 - Google Patents
ロケットの固体推進薬Info
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Description
（産業上の利用分野） この発明は、ロケットの推進源として利用される固体
推進薬に関するものである。 （従来の技術） 従来、ロケットの推進源、すなわちロケットエンジン
のエネルギ源としては、化学系のものと非化学系のもの
があり、化学系のものには、固体推進薬を用いたもの
や、液体推進薬を用いたものや、液体燃料と固体酸化剤
または固体燃料と液体酸化剤とを組み合わせたハイブリ
ッド式のものや、大気中においては酸化剤として空気を
利用するラムロケット（ラムジェット）式のもの、など
がある。 これらのうち、固体推進薬は、推進薬グレインを装填
したままで長期保存ができかつまた即時発射もできるこ
と、大きな初期加速度を得やすいこと、小型のものにも
適していること、などといった利点を有している。この
固体推進薬の代表的なものとしては、均質型のものとし
てダブルベース推進薬があり、不均質型のものとしてコ
ンポジット推進薬があり、現在では後者のコンポジット
推進薬が主流となっている。 このコンポジット推進薬は、過塩素酸塩や硝酸塩など
の酸化剤粉末をプラスチックやゴムなどの高分子燃料を
結合剤として混合して硬化させたものであり、これら酸
化剤と燃料兼結合剤とからなる基本成分に、アルミニウ
ム，ベリリウム，、ボロン，リチウムなどの金属添加剤
を金属燃料として添加したり、HMX（シクロテトラメチ
レンテトラニトロアミン）やRDX（シクロトリメチレン
トリニトロアミン）などの高エネルギ添加剤を添加した
りすることにより比推力（Isp）の向上をはかるように
することもあった。 この比推力（Isp）は、ロケットエンジンの性能を評
価する数値として、推進薬燃焼ガスの重量流量率当りの
推力で定義され、燃焼温度と燃焼ガス平均分子量との比
の平方根に比例する。 すなわち、 ただし、 tbは推進薬の全燃焼時間［sec.］ Ｆは推力［kg］ Wppは推進薬の重量［kg］ Tbは燃焼ガス温度［゜Ｋ］ Ｍは燃焼ガスの平均分子量［gr/mol］ であらわされる。 また、真空中で作動する上段ロケットモータでは、ノ
ズル開口比（ε＝Ae/At;Aeはノズル出口面積,Atはスロ
ート断面積）を大きくするほど比推力は大きくなる。 そこで、ノズル開口比εを大きくするためにノズル出
口面積Aeを大きくすると構造重量が増加するため、その
分モータ性能が低下するので得策ではない。 したがって、構造重量を増加させることなく、すなわ
ちノズル出口面積Aeを大きくすることなくノズル開口比
εを大きくするためには、スロート断面積Atを小さくす
ればよい。ただし、この場合に、ロケットモータの燃焼
圧力が高くならないようにするためには、固体推進薬の
燃焼速度を低下させる必要がある。換言すれば、燃焼速
度の近い固体推進薬ほど構造重量を増加させることなく
ノズル開口比εを大きくすることができるので、その分
だけ比推力は大きくすることが可能となる。 このような観点から酸化剤と燃料兼結合剤とからなる
基本成分に、金属添加剤（助燃剤）としてアルミニウム
粉を添加し、また、高エネルギ添加剤としてHMXやRDXな
どを添加するにあたっては、物性上，機械的特性上なら
びに製造上の面から細かいものが良いとされており、例
えばアルミニウム粉においては５〜30μｍ程度の微細な
粒径のものが用いられ、HMX,RDXにおいては20μｍ程度
の微細な粒径のものが用いられていた。なお、このよう
に固体推進薬中に金属添加剤としてアルミニウム粉を添
加し、高エネルギ添加剤としてHMX,RDXなどを添加する
ことに関しては、例えば、「新版 産業火薬」 日本産
業火薬会 昭和60年４月10日発行の第49頁〜第50頁に記
載がある。 （発明が解決しようとする課題） このように、過塩素酸塩や硝酸塩などの酸化剤と合成
樹脂やゴムなどの燃料兼結合剤とからなる基本成分に、
アルミニウム粉末などの金属燃料およびHMXなどの高エ
ネルギ添加剤を添加する場合において、粒径が約420μ
ｍ前後の粗粒，約200μｍ前後の中粒および約20μｍ以
下の微粒からなる過塩素酸アンモニウムのうち粗粒と中
粒とによって形成されるすき間部分（ポケット部分）
に、約５〜30μｍ程度の微粒状アルミニウム粉末と約20
μｍ程度の微粒状HMXと約20μｍ以下の微粒状過塩素酸
アンモニウムおよび微細な結合剤等とが混在するかたち
となるため、ポケットボリュームが大きいほどポケット
部分でアルミニウム粉末の凝集を生じて着火後にアルミ
ニウムの大きな集塊を生じやすくなり、集塊を生じたア
ルミニウムは完全に燃焼しないうちに排出されてしまう
こととなって、アルミニウムの燃焼効率が低下するとい
う課題があった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなさ
れたもので、酸化剤と燃料兼結合剤とからなる基本成分
に、金属添加剤および高エネルギ添加剤を加えて推進力
のより一層の向上をはかるようにしたときでも、高エネ
ルギ添加剤の添加による金属燃料の燃焼効率の低下を防
ぐことが可能であり、より大きな比推力を得ることが可
能であると共に総推力を一定とする場合に固体推進薬量
を低減することが可能であるロケットの固体推進薬を提
供することを目的としている。
推進薬に関するものである。 （従来の技術） 従来、ロケットの推進源、すなわちロケットエンジン
のエネルギ源としては、化学系のものと非化学系のもの
があり、化学系のものには、固体推進薬を用いたもの
や、液体推進薬を用いたものや、液体燃料と固体酸化剤
または固体燃料と液体酸化剤とを組み合わせたハイブリ
ッド式のものや、大気中においては酸化剤として空気を
利用するラムロケット（ラムジェット）式のもの、など
がある。 これらのうち、固体推進薬は、推進薬グレインを装填
したままで長期保存ができかつまた即時発射もできるこ
と、大きな初期加速度を得やすいこと、小型のものにも
適していること、などといった利点を有している。この
固体推進薬の代表的なものとしては、均質型のものとし
てダブルベース推進薬があり、不均質型のものとしてコ
ンポジット推進薬があり、現在では後者のコンポジット
推進薬が主流となっている。 このコンポジット推進薬は、過塩素酸塩や硝酸塩など
の酸化剤粉末をプラスチックやゴムなどの高分子燃料を
結合剤として混合して硬化させたものであり、これら酸
化剤と燃料兼結合剤とからなる基本成分に、アルミニウ
ム，ベリリウム，、ボロン，リチウムなどの金属添加剤
を金属燃料として添加したり、HMX（シクロテトラメチ
レンテトラニトロアミン）やRDX（シクロトリメチレン
トリニトロアミン）などの高エネルギ添加剤を添加した
りすることにより比推力（Isp）の向上をはかるように
することもあった。 この比推力（Isp）は、ロケットエンジンの性能を評
価する数値として、推進薬燃焼ガスの重量流量率当りの
推力で定義され、燃焼温度と燃焼ガス平均分子量との比
の平方根に比例する。 すなわち、 ただし、 tbは推進薬の全燃焼時間［sec.］ Ｆは推力［kg］ Wppは推進薬の重量［kg］ Tbは燃焼ガス温度［゜Ｋ］ Ｍは燃焼ガスの平均分子量［gr/mol］ であらわされる。 また、真空中で作動する上段ロケットモータでは、ノ
ズル開口比（ε＝Ae/At;Aeはノズル出口面積,Atはスロ
ート断面積）を大きくするほど比推力は大きくなる。 そこで、ノズル開口比εを大きくするためにノズル出
口面積Aeを大きくすると構造重量が増加するため、その
分モータ性能が低下するので得策ではない。 したがって、構造重量を増加させることなく、すなわ
ちノズル出口面積Aeを大きくすることなくノズル開口比
εを大きくするためには、スロート断面積Atを小さくす
ればよい。ただし、この場合に、ロケットモータの燃焼
圧力が高くならないようにするためには、固体推進薬の
燃焼速度を低下させる必要がある。換言すれば、燃焼速
度の近い固体推進薬ほど構造重量を増加させることなく
ノズル開口比εを大きくすることができるので、その分
だけ比推力は大きくすることが可能となる。 このような観点から酸化剤と燃料兼結合剤とからなる
基本成分に、金属添加剤（助燃剤）としてアルミニウム
粉を添加し、また、高エネルギ添加剤としてHMXやRDXな
どを添加するにあたっては、物性上，機械的特性上なら
びに製造上の面から細かいものが良いとされており、例
えばアルミニウム粉においては５〜30μｍ程度の微細な
粒径のものが用いられ、HMX,RDXにおいては20μｍ程度
の微細な粒径のものが用いられていた。なお、このよう
に固体推進薬中に金属添加剤としてアルミニウム粉を添
加し、高エネルギ添加剤としてHMX,RDXなどを添加する
ことに関しては、例えば、「新版 産業火薬」 日本産
業火薬会 昭和60年４月10日発行の第49頁〜第50頁に記
載がある。 （発明が解決しようとする課題） このように、過塩素酸塩や硝酸塩などの酸化剤と合成
樹脂やゴムなどの燃料兼結合剤とからなる基本成分に、
アルミニウム粉末などの金属燃料およびHMXなどの高エ
ネルギ添加剤を添加する場合において、粒径が約420μ
ｍ前後の粗粒，約200μｍ前後の中粒および約20μｍ以
下の微粒からなる過塩素酸アンモニウムのうち粗粒と中
粒とによって形成されるすき間部分（ポケット部分）
に、約５〜30μｍ程度の微粒状アルミニウム粉末と約20
μｍ程度の微粒状HMXと約20μｍ以下の微粒状過塩素酸
アンモニウムおよび微細な結合剤等とが混在するかたち
となるため、ポケットボリュームが大きいほどポケット
部分でアルミニウム粉末の凝集を生じて着火後にアルミ
ニウムの大きな集塊を生じやすくなり、集塊を生じたア
ルミニウムは完全に燃焼しないうちに排出されてしまう
こととなって、アルミニウムの燃焼効率が低下するとい
う課題があった。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなさ
れたもので、酸化剤と燃料兼結合剤とからなる基本成分
に、金属添加剤および高エネルギ添加剤を加えて推進力
のより一層の向上をはかるようにしたときでも、高エネ
ルギ添加剤の添加による金属燃料の燃焼効率の低下を防
ぐことが可能であり、より大きな比推力を得ることが可
能であると共に総推力を一定とする場合に固体推進薬量
を低減することが可能であるロケットの固体推進薬を提
供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） この発明に係るロケットの固体推進薬は、燃料兼結合
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含み、その他少量成分として硬化剤，硬
化触媒，燃焼触媒，可塑剤，界面活性剤，安定剤などを
必要に応じて含み、前記金属添加剤はその平均粒径が５
〜30μｍの範囲にある微粒からなるものを添加すると共
に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が粗粒，中粒およ
び微粒の酸化剤のうち中粒の酸化剤と同程度の160〜240
μｍの範囲にある中粒からなるものを添加した構成とし
たことを特徴としており、このようなロケットの固体推
進薬の構成を上述した従来の課題を解決するための手段
としている。 この発明に係るロケットの固体推進薬において用いら
れる燃料兼結合剤はとくに限定されないものであるが、
この燃料兼結合剤は、燃焼熱が大きく、また燃焼生成物
の平均分子量が小さくなるようH/Cが大きく、十分な強
度および弾性を有し、レストリクタなどとの接着性が良
好であることが要求され、このような要求に従って、例
えば、ポリサルファイド（PS），ポリ塩化ビニル（PV
C），ポリウレタン（PU），ポリブタジエン（PB）など
が用いられ、ポリブタジエン系にはアクリル酸，アクリ
ロニトリルとの共重合物であるポリブタジエン−アクリ
ル酸（PBAA）やポリブタジエン−アクリル酸−アクリロ
ニトリル（PBAN）のほか、分子規則性のよい末端カルボ
キシル基ポリブタジエン（CTPB）や、低粘度の末端水酸
基ポリブタジエン（HTPB）などが用いられる。 また、前記燃料（兼結合剤）に対する酸素供給源であ
る酸化剤においてもとくに限定されないものであるが、
この酸化剤は、有効酸素または酸化成分の含有量が多
く、混合時や貯蔵時において化学的安定性が高く、吸湿
性が少なく、そして破砕性が良いものであることが望ま
れ、このような要求特性に従って、例えば、過塩素酸リ
チウム（LP），過塩素酸アンモニウム（AP），過塩素酸
カリウム（KP），過塩素酸ニトロニウム（NP），硝酸リ
チウム（LN），硝酸アンモニウム（AN）などが用いら
れ、過塩素酸アンモニウムにおいて通常は、400〜440μ
ｍ程度の粗粒と、180〜220μｍ程度の中粒と、20μｍ以
下程度の微粒とを適宜量で配合することにより推進薬の
成形性を向上させるようにしたものが用いられる。 さらに、金属燃料である金属添加剤は、推進薬密度を
高め、燃焼熱が大きく、燃焼温度の上昇により比推力を
向上させるとともに、高周波圧力振動を伴う不安定燃焼
を抑制して燃焼の安定化に寄与させるために添加するも
のであり、この金属添加剤としては、上記の作用が得ら
れるものとして、例えば、アルミニウム，ベリリウム，
ボロン，リチウム，マグネシウム，ジルコニウムなどが
用いられる。 さらにまた、酸化剤の一種でもある高エネルギ添加剤
は燃焼性能の改善のために添加されるものであるが、こ
の高エネルギ添加剤としては、HMX（シクロテトラメチ
レンテトラニトロアミン）やRDX（シクロトリメチレン
ニトロアミン）などが使用される。そして、この高エネ
ルギ添加剤の平均粒径が小さすぎると中粒および粗粒か
らなる酸化剤によって形成された空間部分（ポケット部
分）を分断する作用が得られなくなり、前述した従来の
場合と同様になって課題を解決しがたくなり、金属添加
剤の燃焼効率を低下させることになるので好ましくな
く、反対に高エネルギ添加剤の平均粒径が大きすぎると
酸化剤と同程度の粗粒成分が多くなりすぎて充填率が低
下し、固体推進薬の製造性が低下すると共に機械的特性
も低下することとなるので、このような理由から高エネ
ルギ添加剤の平均粒径は160〜240μｍの範囲とした。 そのほか、必要に応じて添加される少量成分として
は、前述したごとく硬化剤あるいは硬化触媒（加橋剤；
パラキノンジオウキシム（PQD），トルエンジイソシア
ネート（TDI）など），燃焼触媒（酸化第二鉄（Fe
2O3），塩基性酸化鉄（FeO（OH）），フッ化リチウム
（LiF）など），可塑剤（ジオクチルアジペート（DO
A），ジオクチルフタレート（DOP）など），界面活性
剤，結合剤（MAPO,MT−４など）などが用いられ、例え
ば燃焼触媒としては、燃焼速度を高める正触媒（例え
ば、銅クロマイト）とこれを低める負触媒（例えば、フ
ッ化リチウム）を選んで必要に応じて適宜使用される。 この発明に係るロケットの固体推進薬のより好ましい
成分組成としては、 燃料兼結合剤（HTPB,CTPB,PUなど）………10〜14重量
％、 酸化剤（NH4Cl＝APなど）：粒径が400〜440μｍの粗
粒からなるもの,180〜220μｍの中粒からなるもの，お
よび020μｍ以下の微粒からなるもの………残部、 金属添加剤（Alなど）：粒径が５〜30μｍの微粒から
なるもの………16〜20重量％、 高エネルギ添加剤（HMX,RDXなど）：粒径が160〜240
μｍの中粒からなるもの………５〜15重量％、 その他少量成分（硬化触媒，燃焼触媒など）………若
干量、 よりなるものが使用される。 このような組成をもつ固体推進薬は、とくに高比推力
が要求される上段用のロケットエンジンのエネルギ源に
適するものであって、金属添加剤および高エネルギ添加
剤の添加割合が多くなっているが、このような粉末成分
の添加割合が多すぎると、とくに上段ロケットのごとく
充填率向上の目的から狭小かつ複雑な内腔を形成する場
合に、製造に際しての注型性が阻害されることから、こ
れらの添加割合は上記のごとく制限されたものを用いる
ことが望ましい。 このような成分組成をもつ固体推進薬は、固体推進薬
のグレインのみを所定形状に作製してレストリクタで囲
んだのち、別途作製したロケットモータケースに装填し
て一体化する方式や、ロケットモータケースの内面にレ
ストリクタを塗布したのち不定形の固体推進薬ペースト
を流し込んで加熱硬化させる方式や、大型のモータケー
スの場合にはセグメント構造の分割ケースとして各分割
ケースごとに固体推進薬を設け、発射場等において組み
立てる方式などによって、ロケットモータケースの内部
に装填される。 （発明の作用） この発明に係るロケットの固体推進薬は、燃料兼結合
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含むものにおいて、前記金属添加剤はそ
の平均粒径が５〜30μｍの範囲にある微粒からなるもの
を添加すると共に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が
粗粒，中粒および微粒からなる酸化剤のうち中粒の酸化
剤と同程度の160〜240μｍの範囲にある中粒からなるも
のを添加しているので、高エネルギ添加剤を従来のもの
よりも大きな中粒程度のものとすることによって粗粒お
よび中粒の酸化剤で形成される空間部分（ポケット部
分）が分割されて小さくなり、微粒子状の金属添加剤が
より分散されたものとなって、着火前における金属添加
剤の凝集が防止されるようになり、したがって着火後に
おいて金属添加剤の集塊特性が弱められるようになっ
て、金属添加剤の燃焼効率が向上するようになり、比推
力が増加するという作用がもたらされる。 そして、特にモータ特性長（Fv/At＝Ｌ）の小さい上
段のロケットモータにおいては金属添加剤の滞留時間が
短いため、金属添加剤の集塊特性が強いと燃焼しきれな
いまま排出される量が多くなることから燃焼効率の低下
が著しくなって、比推力（Isp）の低下をきたすことに
なり、また質量比（＝イナート重量／全重量＝1/Rm）も
悪くなるが、この発明に係る固体推進薬では高エネルギ
添加剤の平均粒径が従来のものよりも大きく中粒の酸化
剤と同程度のものが添加されていることから、金属添加
剤の凝集を防いで着火後の集塊特性が弱められるものと
なっており、金属添加剤の燃焼効率の向上につながるも
のとなっている。したがって、 獲得速度△ν＝ｇ・Isp・lnRm で表わされる比推力（Isp）および質量比（1/Rm）の両
方共が改善されて、獲得速度の向上がもたらされ、衛生
重量の減少や姿勢制御用燃料の積増しによる寿命延長が
実現される。 ところで、先述した粗粒および中粒の酸化剤で形成さ
れる空間部分（ポケット部分）の大きさは、当然この酸
化剤の粒径比によっても十分調整することが可能である
が、固体推進薬の性能に影響する最も重要な特性のひと
つである先に述べた燃焼速度も変化してしまうこととな
る。 これに対して、高エネルギ添加剤はその粒径を変化さ
せたときでも燃焼速度は変化しないので、高エネルギ添
加剤の平均粒径を160〜240μｍの範囲にあるものとして
ポケット部分の分割をはかることにより、燃焼速度を変
化させることなく燃焼効率の向上が実現されるという作
用がもたらされる。 （実施例） 実施例１ 第１表に示すような燃料兼結合剤（HTPB），酸化剤
（AP），金属添加剤（Al）および高エネルギ添加剤（HM
X）からなる成分組成の固体推進薬を調製するにあた
り、酸化剤として粒径が400〜440μｍの粗粒のものと、
粒径が180〜220μｍの中粒のものと、粒径が20μｍ以下
の微粒のものとからなるものを使用すると共に、金属添
加剤として粒径が５〜30μｍの微粒のものを用い、さら
には高エネルギ添加剤としてその平均粒径が20μｍ微粒
状のものと200μｍの中粒状のものを添加した。 そして、各固体推進薬の燃焼試験を行って各々の比推
力を測定したところ、第１図に示すような結果であっ
た。 第１図に示すように、平均粒径が20μｍである微粒状
のHMXを添加した固体推進薬の比推力に比べて、平均粒
径が200μｍである中粒状のHMXを添加した固体推進薬の
比推力の方が大きくなっていることが明らかであり、な
かでもAl及びHMXの含有量が多いNo.1（○印）の固体推
進薬において比推力の向上が大きくなっていることが認
められ、HMXの平均粒径を中粒の酸化剤と同程度の中粒
のものとしたことによってAlの燃焼効率の向上をはかる
ことが可能であった。 実施例２ 次に、第２表に示すような燃料兼結合剤（HTPB），酸
化剤（AP），金属添加剤（Al）および高エネルギ添加剤
（HMX）からなる成分組成の固体推進薬を調製するにあ
たり、酸化剤として粒径が400〜440μｍの粗粒のもの
と，粒径が20μｍ以下の微粒のものとからなるものを使
用すると共に、金属添加剤として粒径が５〜30μｍの微
粒のものを用い、さらには高エネルギ添加剤としてその
平均粒径が20μｍの微粒状のものと平均粒径が200μｍ
の中粒状のものであってかつそれらの配合比を変えたも
のを添加した。 そして、各固体推進薬の燃焼試験を行って各々の比推
力を測定したところ、第２図に示す結果であった。 第２図に示すように、HMXの平均粒径が大きくなって
いるほど固体推進薬の比推力が向上することが認められ
た。 このように、高エネルギ添加剤であるHMXの平均粒径
を従来よりも中粒程度のものとすることによって比推力
が向上することが認められ、とくに小型のロケットモー
タの推進薬としてのみならず、大型のロケットモータの
推進薬としても適しているものであることが確かめられ
た。
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含み、その他少量成分として硬化剤，硬
化触媒，燃焼触媒，可塑剤，界面活性剤，安定剤などを
必要に応じて含み、前記金属添加剤はその平均粒径が５
〜30μｍの範囲にある微粒からなるものを添加すると共
に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が粗粒，中粒およ
び微粒の酸化剤のうち中粒の酸化剤と同程度の160〜240
μｍの範囲にある中粒からなるものを添加した構成とし
たことを特徴としており、このようなロケットの固体推
進薬の構成を上述した従来の課題を解決するための手段
としている。 この発明に係るロケットの固体推進薬において用いら
れる燃料兼結合剤はとくに限定されないものであるが、
この燃料兼結合剤は、燃焼熱が大きく、また燃焼生成物
の平均分子量が小さくなるようH/Cが大きく、十分な強
度および弾性を有し、レストリクタなどとの接着性が良
好であることが要求され、このような要求に従って、例
えば、ポリサルファイド（PS），ポリ塩化ビニル（PV
C），ポリウレタン（PU），ポリブタジエン（PB）など
が用いられ、ポリブタジエン系にはアクリル酸，アクリ
ロニトリルとの共重合物であるポリブタジエン−アクリ
ル酸（PBAA）やポリブタジエン−アクリル酸−アクリロ
ニトリル（PBAN）のほか、分子規則性のよい末端カルボ
キシル基ポリブタジエン（CTPB）や、低粘度の末端水酸
基ポリブタジエン（HTPB）などが用いられる。 また、前記燃料（兼結合剤）に対する酸素供給源であ
る酸化剤においてもとくに限定されないものであるが、
この酸化剤は、有効酸素または酸化成分の含有量が多
く、混合時や貯蔵時において化学的安定性が高く、吸湿
性が少なく、そして破砕性が良いものであることが望ま
れ、このような要求特性に従って、例えば、過塩素酸リ
チウム（LP），過塩素酸アンモニウム（AP），過塩素酸
カリウム（KP），過塩素酸ニトロニウム（NP），硝酸リ
チウム（LN），硝酸アンモニウム（AN）などが用いら
れ、過塩素酸アンモニウムにおいて通常は、400〜440μ
ｍ程度の粗粒と、180〜220μｍ程度の中粒と、20μｍ以
下程度の微粒とを適宜量で配合することにより推進薬の
成形性を向上させるようにしたものが用いられる。 さらに、金属燃料である金属添加剤は、推進薬密度を
高め、燃焼熱が大きく、燃焼温度の上昇により比推力を
向上させるとともに、高周波圧力振動を伴う不安定燃焼
を抑制して燃焼の安定化に寄与させるために添加するも
のであり、この金属添加剤としては、上記の作用が得ら
れるものとして、例えば、アルミニウム，ベリリウム，
ボロン，リチウム，マグネシウム，ジルコニウムなどが
用いられる。 さらにまた、酸化剤の一種でもある高エネルギ添加剤
は燃焼性能の改善のために添加されるものであるが、こ
の高エネルギ添加剤としては、HMX（シクロテトラメチ
レンテトラニトロアミン）やRDX（シクロトリメチレン
ニトロアミン）などが使用される。そして、この高エネ
ルギ添加剤の平均粒径が小さすぎると中粒および粗粒か
らなる酸化剤によって形成された空間部分（ポケット部
分）を分断する作用が得られなくなり、前述した従来の
場合と同様になって課題を解決しがたくなり、金属添加
剤の燃焼効率を低下させることになるので好ましくな
く、反対に高エネルギ添加剤の平均粒径が大きすぎると
酸化剤と同程度の粗粒成分が多くなりすぎて充填率が低
下し、固体推進薬の製造性が低下すると共に機械的特性
も低下することとなるので、このような理由から高エネ
ルギ添加剤の平均粒径は160〜240μｍの範囲とした。 そのほか、必要に応じて添加される少量成分として
は、前述したごとく硬化剤あるいは硬化触媒（加橋剤；
パラキノンジオウキシム（PQD），トルエンジイソシア
ネート（TDI）など），燃焼触媒（酸化第二鉄（Fe
2O3），塩基性酸化鉄（FeO（OH）），フッ化リチウム
（LiF）など），可塑剤（ジオクチルアジペート（DO
A），ジオクチルフタレート（DOP）など），界面活性
剤，結合剤（MAPO,MT−４など）などが用いられ、例え
ば燃焼触媒としては、燃焼速度を高める正触媒（例え
ば、銅クロマイト）とこれを低める負触媒（例えば、フ
ッ化リチウム）を選んで必要に応じて適宜使用される。 この発明に係るロケットの固体推進薬のより好ましい
成分組成としては、 燃料兼結合剤（HTPB,CTPB,PUなど）………10〜14重量
％、 酸化剤（NH4Cl＝APなど）：粒径が400〜440μｍの粗
粒からなるもの,180〜220μｍの中粒からなるもの，お
よび020μｍ以下の微粒からなるもの………残部、 金属添加剤（Alなど）：粒径が５〜30μｍの微粒から
なるもの………16〜20重量％、 高エネルギ添加剤（HMX,RDXなど）：粒径が160〜240
μｍの中粒からなるもの………５〜15重量％、 その他少量成分（硬化触媒，燃焼触媒など）………若
干量、 よりなるものが使用される。 このような組成をもつ固体推進薬は、とくに高比推力
が要求される上段用のロケットエンジンのエネルギ源に
適するものであって、金属添加剤および高エネルギ添加
剤の添加割合が多くなっているが、このような粉末成分
の添加割合が多すぎると、とくに上段ロケットのごとく
充填率向上の目的から狭小かつ複雑な内腔を形成する場
合に、製造に際しての注型性が阻害されることから、こ
れらの添加割合は上記のごとく制限されたものを用いる
ことが望ましい。 このような成分組成をもつ固体推進薬は、固体推進薬
のグレインのみを所定形状に作製してレストリクタで囲
んだのち、別途作製したロケットモータケースに装填し
て一体化する方式や、ロケットモータケースの内面にレ
ストリクタを塗布したのち不定形の固体推進薬ペースト
を流し込んで加熱硬化させる方式や、大型のモータケー
スの場合にはセグメント構造の分割ケースとして各分割
ケースごとに固体推進薬を設け、発射場等において組み
立てる方式などによって、ロケットモータケースの内部
に装填される。 （発明の作用） この発明に係るロケットの固体推進薬は、燃料兼結合
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含むものにおいて、前記金属添加剤はそ
の平均粒径が５〜30μｍの範囲にある微粒からなるもの
を添加すると共に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が
粗粒，中粒および微粒からなる酸化剤のうち中粒の酸化
剤と同程度の160〜240μｍの範囲にある中粒からなるも
のを添加しているので、高エネルギ添加剤を従来のもの
よりも大きな中粒程度のものとすることによって粗粒お
よび中粒の酸化剤で形成される空間部分（ポケット部
分）が分割されて小さくなり、微粒子状の金属添加剤が
より分散されたものとなって、着火前における金属添加
剤の凝集が防止されるようになり、したがって着火後に
おいて金属添加剤の集塊特性が弱められるようになっ
て、金属添加剤の燃焼効率が向上するようになり、比推
力が増加するという作用がもたらされる。 そして、特にモータ特性長（Fv/At＝Ｌ）の小さい上
段のロケットモータにおいては金属添加剤の滞留時間が
短いため、金属添加剤の集塊特性が強いと燃焼しきれな
いまま排出される量が多くなることから燃焼効率の低下
が著しくなって、比推力（Isp）の低下をきたすことに
なり、また質量比（＝イナート重量／全重量＝1/Rm）も
悪くなるが、この発明に係る固体推進薬では高エネルギ
添加剤の平均粒径が従来のものよりも大きく中粒の酸化
剤と同程度のものが添加されていることから、金属添加
剤の凝集を防いで着火後の集塊特性が弱められるものと
なっており、金属添加剤の燃焼効率の向上につながるも
のとなっている。したがって、 獲得速度△ν＝ｇ・Isp・lnRm で表わされる比推力（Isp）および質量比（1/Rm）の両
方共が改善されて、獲得速度の向上がもたらされ、衛生
重量の減少や姿勢制御用燃料の積増しによる寿命延長が
実現される。 ところで、先述した粗粒および中粒の酸化剤で形成さ
れる空間部分（ポケット部分）の大きさは、当然この酸
化剤の粒径比によっても十分調整することが可能である
が、固体推進薬の性能に影響する最も重要な特性のひと
つである先に述べた燃焼速度も変化してしまうこととな
る。 これに対して、高エネルギ添加剤はその粒径を変化さ
せたときでも燃焼速度は変化しないので、高エネルギ添
加剤の平均粒径を160〜240μｍの範囲にあるものとして
ポケット部分の分割をはかることにより、燃焼速度を変
化させることなく燃焼効率の向上が実現されるという作
用がもたらされる。 （実施例） 実施例１ 第１表に示すような燃料兼結合剤（HTPB），酸化剤
（AP），金属添加剤（Al）および高エネルギ添加剤（HM
X）からなる成分組成の固体推進薬を調製するにあた
り、酸化剤として粒径が400〜440μｍの粗粒のものと、
粒径が180〜220μｍの中粒のものと、粒径が20μｍ以下
の微粒のものとからなるものを使用すると共に、金属添
加剤として粒径が５〜30μｍの微粒のものを用い、さら
には高エネルギ添加剤としてその平均粒径が20μｍ微粒
状のものと200μｍの中粒状のものを添加した。 そして、各固体推進薬の燃焼試験を行って各々の比推
力を測定したところ、第１図に示すような結果であっ
た。 第１図に示すように、平均粒径が20μｍである微粒状
のHMXを添加した固体推進薬の比推力に比べて、平均粒
径が200μｍである中粒状のHMXを添加した固体推進薬の
比推力の方が大きくなっていることが明らかであり、な
かでもAl及びHMXの含有量が多いNo.1（○印）の固体推
進薬において比推力の向上が大きくなっていることが認
められ、HMXの平均粒径を中粒の酸化剤と同程度の中粒
のものとしたことによってAlの燃焼効率の向上をはかる
ことが可能であった。 実施例２ 次に、第２表に示すような燃料兼結合剤（HTPB），酸
化剤（AP），金属添加剤（Al）および高エネルギ添加剤
（HMX）からなる成分組成の固体推進薬を調製するにあ
たり、酸化剤として粒径が400〜440μｍの粗粒のもの
と，粒径が20μｍ以下の微粒のものとからなるものを使
用すると共に、金属添加剤として粒径が５〜30μｍの微
粒のものを用い、さらには高エネルギ添加剤としてその
平均粒径が20μｍの微粒状のものと平均粒径が200μｍ
の中粒状のものであってかつそれらの配合比を変えたも
のを添加した。 そして、各固体推進薬の燃焼試験を行って各々の比推
力を測定したところ、第２図に示す結果であった。 第２図に示すように、HMXの平均粒径が大きくなって
いるほど固体推進薬の比推力が向上することが認められ
た。 このように、高エネルギ添加剤であるHMXの平均粒径
を従来よりも中粒程度のものとすることによって比推力
が向上することが認められ、とくに小型のロケットモー
タの推進薬としてのみならず、大型のロケットモータの
推進薬としても適しているものであることが確かめられ
た。
この発明に係るロケットの固体推進薬は、燃料兼結合
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含み、その他少量成分を必要に応じて含
むものであって、前記金属添加剤はその平均粒径が５〜
30μｍの範囲にある微粒からなるものを添加すると共
に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が粗粒，中粒およ
び微粒からなる酸化剤のうち中粒の酸化剤と同程度の16
0〜240μｍの範囲にある中粒からなるものを添加してい
るから、高エネルギ添加剤によって燃焼性能のより一層
の改善をはかるようにしたときでも、従来のような高エ
ネルギ添加剤の添加による金属添加剤の燃焼効率の低下
を防止することが可能であり、燃料兼結合剤の燃焼のみ
ならず金属添加剤および高エネルギ添加剤の効率的な燃
焼によって比推力のより一層の向上を実現することが可
能であり、総推力を一定とする場合には固体推進薬の装
填量を少なくすることが可能となり、この減少分だけ例
えば姿勢制御用燃料を多く積むことによって人工衛生の
寿命延長につなげることができるという著しく優れた効
果がもたらされる。
剤と、酸化剤と、金属添加剤と、高エネルギ添加剤とを
主要成分として含み、その他少量成分を必要に応じて含
むものであって、前記金属添加剤はその平均粒径が５〜
30μｍの範囲にある微粒からなるものを添加すると共
に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が粗粒，中粒およ
び微粒からなる酸化剤のうち中粒の酸化剤と同程度の16
0〜240μｍの範囲にある中粒からなるものを添加してい
るから、高エネルギ添加剤によって燃焼性能のより一層
の改善をはかるようにしたときでも、従来のような高エ
ネルギ添加剤の添加による金属添加剤の燃焼効率の低下
を防止することが可能であり、燃料兼結合剤の燃焼のみ
ならず金属添加剤および高エネルギ添加剤の効率的な燃
焼によって比推力のより一層の向上を実現することが可
能であり、総推力を一定とする場合には固体推進薬の装
填量を少なくすることが可能となり、この減少分だけ例
えば姿勢制御用燃料を多く積むことによって人工衛生の
寿命延長につなげることができるという著しく優れた効
果がもたらされる。
第１図はこの発明の実施例１において高エネルギ添加剤
であるHMXの平均粒径による比推力への影響を調べた結
果を例示するグラフ，第２図はこの発明の実施例２にお
いて平均粒径が200μｍのHMXと平均粒径が20μｍのHMX
との配合比による比推力への影響を調べた結果を例示す
るグラフである。
であるHMXの平均粒径による比推力への影響を調べた結
果を例示するグラフ，第２図はこの発明の実施例２にお
いて平均粒径が200μｍのHMXと平均粒径が20μｍのHMX
との配合比による比推力への影響を調べた結果を例示す
るグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料兼結合剤と、酸化剤と、金属添加剤
と、高エネルギ添加剤とを含み、前記金属添加剤はその
平均粒径が５〜30μｍの範囲にある微粒からなるものを
添加すると共に、高エネルギ添加剤はその平均粒径が粗
粒，中粒および微粒からなる酸化剤のうち中粒の酸化剤
と同程度の160〜240μｍの範囲にある中粒からなるもの
を添加したことを特徴とするロケットの固体推進薬。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151060A JP2562501B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | ロケットの固体推進薬 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151060A JP2562501B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | ロケットの固体推進薬 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0316985A JPH0316985A (ja) | 1991-01-24 |
| JP2562501B2 true JP2562501B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=15510424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1151060A Expired - Fee Related JP2562501B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | ロケットの固体推進薬 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2562501B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003325695A (ja) | 2002-03-06 | 2003-11-18 | Senju Sprinkler Kk | スプリンクラーヘッドカバー |
| US7543654B2 (en) * | 2004-03-30 | 2009-06-09 | Senju Sprinkler Co., Ltd. | Sprinkler head cover and a sprinkler head |
| JP4621474B2 (ja) * | 2004-10-19 | 2011-01-26 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 固体推進薬組成物 |
| JP5993241B2 (ja) * | 2012-08-02 | 2016-09-14 | 中国化薬株式会社 | Ｒｄｘの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5132686A (ja) * | 1974-09-13 | 1976-03-19 | Hitachi Ltd | Ekitaishiryoisosochi |
| JPS5830278A (ja) * | 1981-08-18 | 1983-02-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水平偏向装置 |
-
1989
- 1989-06-14 JP JP1151060A patent/JP2562501B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0316985A (ja) | 1991-01-24 |
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