JP3248774B2 - 固体燃焼反応の電気的作用による制御方法及び該方法を利用したロケット - Google Patents

固体燃焼反応の電気的作用による制御方法及び該方法を利用したロケット

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JP3248774B2 JP10055093A JP10055093A JP3248774B2 JP 3248774 B2 JP3248774 B2 JP 3248774B2 JP 10055093 A JP10055093 A JP 10055093A JP 10055093 A JP10055093 A JP 10055093A JP 3248774 B2 JP3248774 B2 JP 3248774B2
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武史 橘
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気を用いた固体物質
の燃焼制御方法及びその方法を利用した宇宙空間推進用
ロケットに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ロケット技術も大いに進歩し、近
い将来一般の人でも気軽に宇宙へ出かけられる時代が到
来しようとしている。現在、ロケットのエンジンには、
主として固体系ロケットエンジンと液体系ロケットエン
ジンとがあり、特長に応じて利用されている。ロケット
エンジン等に使用されている固体燃料は、燃料と酸化剤
とが初めから混ぜ合わさった固体状態で使用されてい
て、その固体燃料は容積当たりの熱量も高く、貯蔵性に
も優れているため、高エネルギー源として使用されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の固体燃料は、燃料と酸化剤が混ぜ合わさったもので
あるから、一旦着火されると燃焼の制御が不能となり、
固体燃料が燃焼し尽くしてしまうまで何ら制御すること
ができない。従って、固体燃料を燃焼させたり、燃焼を
止めたり、燃焼の強さの調整等のような制御ができない
ので、精密さが要求される分野への適用は不向きであ
り、利用範囲が限られるという問題点があった。本発明
はこのような事情に鑑みなされたもので、固体燃料を使
用し燃焼の制御が容易に行える固体燃焼反応の電気的作
用による制御方法及び該方法を利用したロケットを提供
することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項1
記載の固体燃焼反応の電気的作用による制御方法は、固
体燃料と加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を別
々に配置し、電熱によって前記固体燃料及び/又は酸化
剤を分解或いは気化して燃焼反応を行い、しかもその推
力を供給される電力及び作動時間を変えて制御する。ま
た、請求項2記載のロケットは、固体燃料を収納する固
体燃料収納部と、加熱によって酸化性ガスを発生する酸
化剤を収納する酸化剤収納部と、前記固体燃料及び/又
は酸化剤を加熱する電熱装置と、吐出口と、前記固体燃
料と酸化剤とを燃焼させる燃焼室とを有し、前記電熱装
置を制御することによってその推力を制御している。
【0005】
【作用】請求項1記載の固体燃焼反応の電気的作用によ
る制御方法においては、固体燃料と加熱によって酸化性
ガスを発生する酸化剤を別々に配置し、アーク等の電熱
によって前記固体燃料及び/又は酸化剤を分解或いは気
化して燃焼反応を行うようにしているので、電熱を制御
することにより、酸化剤を分解させて酸化性ガスを発生
させて燃焼させたり、分解による酸化性ガスの発生を停
止して燃焼を停止させたりして、固体燃料の燃焼反応を
制御できるし、また、電熱の制御により、酸化剤が分解
されて発生する酸化性ガスの量を細かく制御できるの
で、燃焼の強さの細かい制御が可能となる。請求項2記
載のロケットは、固体燃料を収納する固体燃料収納部
と、加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を収納す
る酸化剤収納部と、前記固体燃料及び/又は酸化剤を加
熱する電熱装置と、吐出口と、前記固体燃料と酸化剤と
を燃焼させる燃焼室とを有するように構成されているの
で、電熱装置が作動している間だけ酸化剤が分解されて
酸化性ガスを発生し、燃焼室でこの酸素と固体燃料が燃
焼してガスを生じさせてロケットの推力を得るが、電熱
装置が働いていない時は、分解による酸化性ガスは生じ
ないので燃焼が起きず、ロケットの推力は生じない。ま
た、電熱装置の制御により、酸化剤から発生する酸化性
ガス量を制御できるので、燃焼によるガスの発生量をコ
ントロールでき、ロケットの推進制御も可能となる。
【0006】
【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
をそれぞれ具体化した実施例につき説明し、本発明の理
解に供する。ここに、図1は本発明の一実施例に係る姿
勢制御用ロケットの側面図、図2はロケットのエンジン
部分の詳細図である。図1に示すように、通常、ロケッ
ト10は、衛星などのペイロードを含むロケット本体1
1と、エンジン12等(尾翼はない)から構成されてい
る。そして、前記エンジン12は図2に示すように、円
筒形に成形された固体燃料14を収納する固体燃料収納
部15と、円筒形に成形され加熱により酸化性ガスを発
生する酸化剤16を収納し、底には孔17が設けられて
いる酸化剤収納部18と、該固体燃料14及び/又は該
酸化剤16を加熱する電熱装置の一例であるアーク放電
加熱装置19と、燃焼反応を行う燃焼室20と、ガスを
排出する吐出口21とを有している。前記アーク放電加
熱装置19は、陰極棒22と陽極23と、図示されてい
ない直流電源とイグナイタ(高周波高電圧)電源を有し
ており、陰極棒22と陽極23が図示されていない直流
電源と、該直流電源に並列に、放電を開始するために着
火時に使用するイグナイタ(高周波高電圧)電源に接続
されている。前記陽極23の天井部には孔24と、側部
には陽極接続用ターミナル25が設けられており、両電
極22、23にかかる電力及び作動時間により制御され
るようになっている。前記吐出口21は、燃焼で生じた
ガスが推力に変換されるように徐々に縮径して途中にス
ロート26があり、それから徐々に外側に拡径してい
る。ここで、固体燃料14は、成形性、燃焼性、物性を
考慮してポリブタジエンゴムを使用し、固体燃料収納部
15に収納できるように予め円筒状に成形したものであ
り、円筒形の中の孔の部分が燃焼室20となる。酸化剤
は過塩素酸アンモニウムを使用し、固体成分結合剤とし
てPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を使用して
それらを混和し、熱をかけて酸化剤収納部18に収納で
きるように円筒形に予め成形したものである。これら
を、各々の収納部15、18に収納する。固体燃料14
及び酸化剤16が収納されたエンジン12は、前記アー
ク放電加熱装置19の陰極棒22が円筒形の酸化剤16
が収納された酸化剤収納部18の底の孔17に外側から
装着され、該陰極棒22の上端部が円筒形の酸化剤16
の孔27に一部嵌入するように設けられている。酸化剤
収納部18の上部には、アーク放電加熱装置19の陽極
23が外側から酸化剤収納部18を覆うように設けら
れ、陽極23の天井部の孔24と円筒形の酸化剤16の
孔27とが連通するようにしており、陽極23の側部に
は陽極接続用ターミナル25が設けられている。そし
て、陽極23には固体燃料14が収納されている固体燃
料収納部15が載置されており、円筒形の酸化剤16の
孔27と、陽極23の孔24と、円筒形の固体燃料14
の燃焼室20である孔とが連通するように設けられ、該
孔の燃焼室20の延長上に吐出口21が設けられている
ように構成されている。
【0007】そして、ロケット10に推力が必要な場合
には、陽極23、陰極棒22の両極に図示されていない
イグナイタ(高周波高電圧)電源をかけて、陽極23と
陰極棒22の間に火花放電を開始させ、次に、図示され
ていない直流電源によりアーク放電を続行させると、電
極22、23の間に位置し酸化剤収納部18に収納され
ている酸化剤16の過塩素酸アンモニウムが分解されて
酸化性ガスを生じ、そのガスが酸化剤16の孔27及び
陽極23の孔24を移動して固体燃料14の孔の燃焼室
20に達するようになると、燃焼反応が開始される。そ
の燃焼により発生するガスは、吐出口21より高速で排
出されるので、排出とは反対方向の推力となってロケッ
ト10は加速される。また、その推力は直流電源の電力
及び作動時間を変えることにより、酸化剤が分解される
ことによって生じる酸化性ガス量を制御できるので、そ
の酸化性ガスと燃料が燃焼して生じるガスが制御でき、
従って、精密にロケットを制御できる。ロケット10へ
の推力が必要でなくなった場合には、アーク放電を止め
ると、過塩素酸アンモニウムが分解しなくなり、ロケッ
トに推力が生じなくなる。本実施例において固体燃料と
してポリブタジエンゴムを使用したが、ウレタン、ポリ
エステル、ポリスチロール等の各種プラスチック、ピッ
チ、ゴム弾性体等であっても良いし、酸化剤として過塩
素酸アンモニウムを使用したが、他の過塩素酸塩、硝酸
塩等の酸化剤であっても良い。また、発熱量を増し、比
推力を高める等の為に、アルミニウム等の金属燃料を添
加しても良い。そして、電熱装置としてアーク放電を利
用したものを使用したが、ニクロム線等固体燃料及び/
又は酸化剤を分解或いは気化できるものであればこれに
限定されない。なお、本実施例において固体燃料と酸化
剤を別々に分けて設けたが、自燃性が出ない範囲で固体
燃料と酸化剤を混合したものを酸化剤側あるいは固体燃
料側に利用することも可能である。以上のように、固体
燃料の燃焼の開始や停止及び固体燃料の燃焼の強さ等細
かい制御が可能となったので、精度が必要な軌道修正等
にも利用できるようになり、利用範囲が大幅に改善され
た。
【0008】
【発明の効果】請求項1記載の固体燃焼反応の電気的作
用による制御方法においては、以上の説明からも明らか
なように固体燃料と加熱によって酸化性ガスを発生する
酸化剤を別々に配置し、電熱によって前記固体燃料及び
/又は酸化剤を分解或いは気化して燃焼反応を行うよう
にしているので、電熱の制御により、固体燃焼反応を起
こさせたり、停止させたりすることが何度でも可能とな
る。また、電熱の制御により酸化剤が分解して発生する
酸化性ガス量を制御して、燃焼により生じるガスを制御
できるので、細かい制御が可能となる。このように固体
燃料の燃焼を精密に制御できるので、広い分野での使用
が可能となる。請求項2記載のロケットは、固体燃料を
収納する固体燃料収納部と、加熱によって酸化性ガスを
発生する酸化剤を収納する酸化剤収納部と、前記固体燃
料及び/又は酸化剤を加熱する電熱装置と、吐出口と、
前記固体燃料と酸化剤とを燃焼させる燃焼室とを有する
ように構成されているので、電熱装置が作動している間
だけ酸化剤が分解されて酸化性ガスが発生し、燃焼室で
この酸化性ガスと固体燃料が燃焼してガスを発生してロ
ケットの推力を生じるが、電熱装置が働いていない時
は、酸化剤の分解は生じないので燃焼反応が起きず、ロ
ケットの推力は生じない。このように何度でも燃焼を開
始、停止させて、ロケットに何度でも推力を与えること
が可能となる。また、電熱装置の制御により、酸化剤が
分解される酸化性ガス量を細かく制御できるので、ロケ
ットに色々なパタン、大きさの推力を生じさせることも
可能となり、軌道修正等のような精密な制御を要する場
合でも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る姿勢制御用ロケットの
側面図である。
【図2】同ロケットエンジン部分の詳細図である。
【符号の説明】
10:ロケット、11:ロケット本体(ペイロードを含
む)、12:エンジン、14:固体燃料、15:固体燃
料収納部、16:酸化剤、17:孔、18:酸化剤収納
部、19:アーク放電加熱装置、20:燃焼室、21:
吐出口、22:陰極棒、23:陽極、24:孔、25:
ターミナル、26:スロート、27:孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘 武史 福岡県北九州市戸畑区浅生3丁目7番3 −307号 (72)発明者 木村 逸郎 神奈川県横浜市磯子区中原4−19−4 (72)発明者 川田 勝三 福岡県北九州市八幡東区大谷1丁目3番 1号 株式会社アステック入江内 (56)参考文献 特開 平5−256594(JP,A) 特開 昭50−125016(JP,A) 実開 平3−104697(JP,U) 特公 昭38−10455(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02K 9/00 - 9/72 B64G 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体燃料と加熱によって酸化性ガスを発
    生する酸化剤を別々に配置し、電熱によって前記固体燃
    料及び/又は酸化剤を分解或いは気化して燃焼反応を行
    い、しかもその推力を供給される電力及び作動時間を変
    えて制御することを特徴とする固体燃焼反応の電気的作
    用による制御方法。
  2. 【請求項2】 固体燃料を収納する固体燃料収納部と、
    加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を収納する酸
    化剤収納部と、前記固体燃料及び/又は酸化剤を加熱す
    る電熱装置と、吐出口と、前記固体燃料と酸化剤とを燃
    焼させる燃焼室とを有し、前記電熱装置を制御すること
    によってその推力を制御することを特徴とするロケッ
    ト。
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