JP3170576B2 - ハイブリッドロケット - Google Patents

ハイブリッドロケット

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JP3170576B2
JP3170576B2 JP16246093A JP16246093A JP3170576B2 JP 3170576 B2 JP3170576 B2 JP 3170576B2 JP 16246093 A JP16246093 A JP 16246093A JP 16246093 A JP16246093 A JP 16246093A JP 3170576 B2 JP3170576 B2 JP 3170576B2
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浪之介 久保田
野 実 光
原 卓 雄 桑
広 明 小田島
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防衛庁技術研究本部長
株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、液体酸化剤と、固体
燃料を備え、この固体燃料と液体酸化剤との混合・燃焼
により生じた高温・高圧ガスによって推進力を得るハイ
ブリッドロケットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記したハイブリッドロケットと
しては、例えば、図4に示すものがある。
【0003】図4に示すハイブリッドロケット51は、
液体酸化剤53を機体52の中間部に設けたタンク54
に充填していると共に、固体燃料55を機体52の尾部
に設けた燃焼室56に装填している。タンク54と燃焼
室56とは制御弁57および噴射器58を介して連結し
てあり、タンク54の前部には加圧器59が設けてある
と共に、燃焼室56の後端にはノズル60が連結してあ
る。
【0004】そして、このハイブリッドロケット51
は、タンク54内において加圧器59で圧力を高めた液
体酸化剤53を制御弁57および噴射器58により燃焼
室56内に噴射し、この液体酸化剤53と固体燃料55
の内面で分解・蒸発した燃料成分とが混合して燃焼する
ことによって生じる高温・高圧ガスをノズル60から噴
出させることにより推進力を得るものとなっている。
【0005】上記したハイブリッドロケット51は、
「増補版 航空宇宙工学便覧」 社団法人 日本航空宇
宙学会編 昭和58年4月25日 丸善発行の第655
ページに記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来のハイブリッドロケット51にあっては、加圧した液
体酸化剤53を固体燃料55の内面に沿って流すことに
より、機軸方向に境界層を形成しつつ固体燃料55から
分解・蒸発した燃料成分を拡散燃焼させて高温・高圧ガ
スを発生させるようにしている。
【0007】したがって、次のような理由があるため満
足のいく性能を発揮できなかった。即ち、 ・固体燃料55からの燃料成分の発生量の累積値は、機
軸後方に行くにしたがって増加することになるため、固
体燃料55のボアB内のガス流速は後方ほど速くなる。
このようにガスの流速分布があることから、燃料成分と
液体酸化剤とを十分に混合、反応させて効果的に燃焼さ
せることが難しい。更に、機軸後方に行くにしたがって
混合比(燃料成分/液体酸化剤)が高くなる即ち混合比
が前後で一定していないため、理論混合比にて燃焼させ
るための、固体燃料55の寸法や液体酸化剤53の供給
流量の設計が非常に難しい。
【0008】・燃焼エリアが非常に狭隘なボアB内に限
られており、十分に混合、反応させるには限界がある。
【0009】これらの問題を解決することが従来の課題
であった。
【0010】
【発明の目的】この発明は、上記した従来の課題に着目
してなされたもので、容易に理論混合比にて燃料させる
ことができ、しかも、燃料成分と液体酸化剤とを十分に
混合、反応させることで燃焼効率を大幅に向上させるこ
とが可能であるハイブリッドロケットを提供することを
目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係わ
る発明は、液体酸化剤収容部に収容した液体酸化剤と、
固体燃料燃焼室に装填した自己燃焼性を有する固体燃料
を備え、前記固体燃料の分解ガスと前記液体酸化剤との
混合・燃焼により生じた高温・高圧ガスによって推進力
を得るハイブリッドロケットにおいて、前記固体燃料の
自己燃焼により発生する燃料成分過剰ガスと前記液体酸
化剤とを混合・燃焼させる混合燃焼部を固体燃料燃焼室
の内部でかつ下流側に隔壁を介して独立して設け、隔壁
には、前記固体燃料燃焼室で発生した燃料成分過剰ガス
を前記混合燃焼部に噴出させるオリフィスを設けると共
に液体酸化剤を前記混合燃焼部に噴出させる酸化剤噴射
孔を設けた構成としたことを特徴としており、このよう
なハイブリッドロケットの構成を前述した従来の課題を
解決するための手段としている。
【0012】また、本発明の請求項2に係わる発明は、
固体燃料燃焼室に、固体燃料の自己燃焼により発生する
燃料成分過剰ガスの混合燃焼部への流量を制御するガス
流量制御部を設けた構成としている。
【0013】
【0014】
【0015】上記固体燃料には、自己燃焼性を有する物
質として、酸化剤に依存しないで燃焼できるグリシジル
アジ化ポリマ(GAP:Glycidyl Azide
Polymer)を用いることが可能である。
【0016】
【発明の作用】この発明に係わるハイブリッドロケット
では、固体燃料は拡散燃焼するのではなく自己燃焼する
ことから、固体燃料の燃焼速度が左右されることがなく
なるので、固体燃料の燃焼状態は安定したものとなる。
したがって、理論混合比にて燃焼させることが容易とな
る。
【0017】そして、この固体燃料の安定した自己燃焼
により発生した燃料成分過剰ガスと液体酸化剤とが、固
体燃料燃焼室の内部でかつ下流側に設けた十分な燃焼容
量の混合燃焼部で混合・燃焼することから、燃焼効率は
向上することとなり、加えて、混合燃焼部は、固体燃料
燃焼室の内部に隔壁を介して独立して設けてあるので、
燃焼容量を大きくしても固体燃料燃焼室の強度が低下す
ることが回避されることとなる。
【0018】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
【0019】図1はこの発明に係わるハイブリッドロケ
ットの一実施例を示している。
【0020】図1に示すように、ハイブリッドロケット
1は、機体2の中間部に設けた液体酸化剤収容部となる
タンク3に液体酸化剤4を充填していると共に、タンク
3の下流側にほぼ隣接して設けた固体燃料燃焼室5に自
己燃焼性を有するグリシジルアジ化ポリマ(GAP)よ
りなる固体燃料6を装填しており、固体燃料燃焼室5内
においてこの固体燃料6は端面燃焼型に成形してある。
【0021】このハイブリッドロケット1は、固体燃料
燃焼室5と機体2の尾部に備えたノズル7との間に、混
合燃焼部となる混合燃焼室8を設けており、この場合、
固体燃料燃焼室5と混合燃焼室8とは隔壁9を介して仕
切ってある。
【0022】この隔壁9の固体燃料燃焼室5側にはイグ
ナイタ10が設けてあり、このイグナイタ10で固体燃
料6に着火するようにしてある。そして、この隔壁9
は、固体燃料燃焼室5と混合燃焼室8と連通させる複数
のオリフィス9aを備えており、固体燃料6の燃焼によ
り生じる燃料成分過剰ガスをこれらのオリフィス9aか
ら混合燃焼室8に噴出させることができるようにしてあ
る。
【0023】また、このハイブリッドロケット1は、液
体酸化剤送給管11を備えている。この液体酸化剤送給
管11は機体2の外側でかつ機軸方向に設けてあり、そ
の頭部側の端部はポンプ12を介してタンク3に連通さ
せてあると共に尾部側の端部は隔壁9に設けた複数の噴
射孔9bを介して混合燃焼室8に連通させてある。つま
り、ポンプ12の作動によりタンク3内の液体酸化剤4
を加圧して複数の噴射孔9bから混合燃焼室8内に噴射
し、この液体酸化剤4と、オリフィス9aから混合燃焼
室8に噴出した前記ガスとを混合して燃焼させるように
してある。
【0024】上記したハイブリッドロケット1では、ま
ず、イグナイタ10で固体燃料6に着火すると、この端
面燃焼型に形成された固体燃料6は酸化剤に依存するこ
となく一定の速度で固体燃料燃焼室5内において燃焼
し、これにより発生した燃料成分過剰ガスは、隔壁9の
オリフィス9aを通して混合燃焼室8に噴出する。
【0025】そして、イグナイタ10による着火と同時
にポンプ12の作動が開始すると、タンク3内の液体酸
化剤4は加圧されて液体酸化剤送給管11を介して隔壁
9の複数の噴射孔9bに送られ、これらの噴射孔9bか
ら混合燃焼室8内に噴射されるので、混合燃焼室8内で
は、液体酸化剤4と前記燃料成分過剰ガスとが混合して
燃焼することとなり、この混合・燃焼によって生じた高
温・高圧のガスをノズル7から噴出させることにより、
推進力を得る。
【0026】この間、固体燃料6は自己燃焼することか
ら、従来のように固体燃料の燃焼速度が左右されること
がなくなるので、オリフィス9aを通して混合燃焼室8
内に噴出するガスの量、すなわち、固体燃料6の燃焼に
より生じる燃料成分過剰ガスの量は一定に保たれること
となり、理論混合比での燃焼を行わせることが容易とな
る。そして、この燃料成分過剰ガスと液体酸化剤4との
混合・燃焼は非常に安定したものとなるのに加えて、燃
料成分過剰ガスと液体酸化剤4との混合・燃焼は、固体
燃料燃焼室5の内部でかつ下流側に位置する十分な燃焼
容量の混合燃焼室8内で行われることから、燃焼効率の
向上が図られることになり、この際、混合燃焼部8は、
固体燃料燃焼室5の内部に隔壁9を介して独立して設け
てあるので、燃焼容量を大きくしても固体燃料燃焼室5
の強度が低下することが回避されることとなる。
【0027】図2はこの発明に係わるハイブリッドロケ
ットの他の実施例を示している。
【0028】図2に示すハイブリッドロケット21が、
先の実施例におけるハイブリッドロケット1と相違する
ところは、固体燃料燃焼室25の内部でかつ固体燃料6
の燃焼端面6aと隔壁9との間に、燃料成分過剰ガスの
ガス流量制御部として機能するガス流量制御装置22を
設けると共にこのガス流量制御装置22の支持体23に
イグナイタ10を固定した点にあり、他の構成は先の実
施例と同じである。
【0029】つまり、この実施例のハイブリッドロケッ
ト21では、ガス流量制御装置22により、固体燃料6
の燃焼によって生じる燃料成分過剰ガスの混合燃焼室8
への流量を制御することが可能であることから、燃焼効
率の大幅な向上が実現できると共に、推進力の制御範囲
をも広げることができるようになる。
【0030】図3はこの発明に係わるハイブリッドロケ
ットのさらに他の実施例を示しており、先の実施例と同
一の構成をなす部分には同一の符号を付している。
【0031】図3に示すハイブリッドロケット31は、
機体2の尾部に固体燃料燃焼室35を設け、この固体燃
料燃焼室35の内部において、端面燃焼型に成形して装
填した固体燃料6の燃焼端面6aとノズル7との間に混
合燃焼部38を設けると共に、この固体燃料燃焼室35
の下流側内部の混合燃焼部38に、リング形状をなしか
つ内周面に送給管11と連通する複数の噴射孔39bを
備えた酸化剤噴射器39を設けている。
【0032】この実施例のハイブリッドロケット31で
は、まず、イグナイタ10で固体燃料6に着火すると、
この端面燃焼型に形成した固体燃料6は酸化剤に依存す
ることなく一定の速度で固体燃料燃焼室35内において
燃焼し、これにより発生した燃料成分過剰ガスは、混合
燃焼部38側に移動する。
【0033】そして、イグナイタ10による着火と同時
にポンプ12の作動が開始すると、タンク3内の液体酸
化剤4は液体酸化剤送給管11を介して酸化剤噴射器3
9の複数の噴射孔39bに送られ、これらの噴射孔39
bから混合燃焼部38内に噴射されるので、混合燃焼部
38内では、液体酸化剤4と前記燃料成分過剰ガスとが
混合して燃焼することとなり、この混合・燃焼によって
生じた高温・高圧のガスをノズル7から噴出させること
により、推進力を得る。
【0034】このとき、固体燃料6の燃焼により生じる
燃料成分過剰ガスの量は、ほぼ一定に保たれるため、こ
のガスと液体酸化剤4との混合率はほとんど変化しない
うえ、前記燃料成分過剰ガスは亜音速状態で液体酸化剤
4と衝突混合することから、安定した燃焼状態を得るこ
とができると共に燃焼効率はより一層向上することとな
る。
【0035】上記した第1実施例,第2実施例,第3実
施例の各ハイブリッドロケット1,21,31では、い
ずれも固体燃料6を端面燃焼型に形成したものとした
が、これに限定されるものではなく、例えば、固体燃料
6を中空部断面を星形にして燃焼面積が一定になるよう
に形成した内面燃焼型としたり、内外面燃焼型としたり
することも可能である。
【0036】また、この発明に係わるハイブリッドロケ
ットの詳細な構成は、上記した第1実施例,第2実施
例,第3実施例の各ハイブリッドロケット1,21,3
1の構成に限定されるものではなく、他の構成として、
例えば、タンク3内の液体酸化剤4を加圧して送給する
ポンプ12の代わりに適宜の加圧器を用いてもよい。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係わる
ハイブリッドロケットでは、上記した構成としたから、
固体燃料を安定した速度で燃焼させることが可能とな
り、理論混合比にて燃焼させることが容易であり、加え
て、固体燃料燃焼室の内部に隔壁を介して独立して設け
られて、固体燃料燃焼室の強度を低下させることなく十
分な燃焼容量を確保した混合燃焼部において、燃料成分
過剰ガスと液体酸化剤とを混合して安定燃焼させること
ができるので、燃焼効率を大幅に向上させることが可能
であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わるハイブリッドロケットの一実
施例を示す頭部側を省略した断面説明図である。
【図2】この発明に係わるハイブリッドロケットの他の
実施例を示す頭部側を省略した断面説明図である。
【図3】この発明に係わるハイブリッドロケットのさら
に他の実施例を示す頭部側を省略した断面説明図であ
る。
【図4】従来におけるハイブリッドロケットを示す頭部
側を省略した断面説明図である。
【符号の説明】
1 21 31 ハイブリッドロケット 3 タンク(液体酸化剤収容部) 4 液体酸化剤 5 25 35 固体燃料燃焼室 6 固体燃料 8 混合燃焼室(混合燃焼部) 9 隔壁 9a オリフィス 9b 酸化剤噴射孔 22 ガス流量制御装置(ガス流量制御部) 38 固体燃料燃焼室下流側内部の混合燃焼部 39b 酸化剤噴射孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田島 広 明 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社 内 審査官 中野 宏和 (56)参考文献 特開 昭56−6027(JP,A) 米国特許5010730(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02K 9/72

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体酸化剤収容部に収容した液体酸化剤
    と、固体燃料燃焼室に装填した自己燃焼性を有する固体
    燃料を備え、前記固体燃料の分解ガスと前記液体酸化剤
    との混合・燃焼により生じた高温・高圧ガスによって推
    進力を得るハイブリッドロケットにおいて、前記固体燃
    料の自己燃焼により発生する燃料成分過剰ガスと前記液
    体酸化剤とを混合・燃焼させる混合燃焼部を固体燃料燃
    焼室の内部でかつ下流側に隔壁を介して独立して設け、
    隔壁には、前記固体燃料燃焼室で発生した燃料成分過剰
    ガスを前記混合燃焼部に噴出させるオリフィスを設ける
    と共に液体酸化剤を前記混合燃焼部に噴出させる酸化剤
    噴射孔を設けたことを特徴とするハイブリッドロケッ
    ト。
  2. 【請求項2】 固体燃料燃焼室に、固体燃料の自己燃焼
    により発生する燃料成分過剰ガスの混合燃焼部への流量
    を制御するガス流量制御部を設けた請求項1に記載のハ
    イブリッドロケット。
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JPH0719120A JPH0719120A (ja) 1995-01-20
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014004135A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Osaka Sealing Printing Co Ltd 団扇
JP6014238B1 (ja) * 2015-12-25 2016-10-25 利仁 曽根 指位置印刷ツマミうちわ

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JP2014004135A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Osaka Sealing Printing Co Ltd 団扇
JP6014238B1 (ja) * 2015-12-25 2016-10-25 利仁 曽根 指位置印刷ツマミうちわ

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