JP3637076B2 - 伸展型の高膨張ノズルを備えたロケットエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はロケットの小型・軽量化に資する伸展型の高膨張ノズルを備えたロケットエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地上から打上げたロケットを、真空に近い圧力状態の高空、又は宇宙間において効率良く作動させるためには、図８に例示するように高膨張比のノズルを備えたロケットエンジンにする必要がある。
【０００３】
このため、地上から高空まで上昇させるために使用される下段（第１段）ロケットを切り離した後に、高空又は宇宙空間で使用される高膨張比のノズルを備えるロケットエンジンをノズル部で分割して、ノズルの後半部である高膨張ノズルをテレスコピックに収縮し小容積にして移送を行い、作動時には高膨張ノズルを後方へ伸展させるようにした伸展型の高膨張ノズルが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この高膨張ノズルの伸展は、従来、図７に鎖線で示す状態にある高膨張ノズル４を油圧、ガス圧又は電動モータ等の駆動装置１０により駆動されるスクリュージャッキ或いはピストンアクチュエータ等の移動装置１１により、作動位置であるロケットエンジン３の後方まで移動させ、実線で示す作動状態にすることにより行われている。
【０００５】
このための、油圧源、ガス源、電源等の図示しない動力源、油圧モータ、ガスタービン、電動モータ等の駆動装置１０、およびスクリュージャッキ、ピストン等の重量の大きい移動装置１１を必要としている。
【０００６】
このため、ロケットの打上げ能力を大きく損うばかりでなく、これ等の重量物は、高膨張ノズルを正規の位置に伸展させ作動状態にした後も、これらを投棄しない限り、デッドエウェイトとして上段ロケットに装着されたまま航行することとなり、上段ロケットの搭載容積を損うとともに重量増加をきたし、上段ロケットエンジンの負荷を大きくするという不具合がある。
【０００７】
本発明は、従来のロケットエンジンにみられた上述の不具合を解消し、伸展用の動力装置を必要とせずに下段ロケットの切離し時などに作動状態にしうる伸展型の高膨張ノズルを備えたロケットエンジンを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
高膨張ノズルを使用するのは前記したように外周が高真空になった場合であり、打上げ用ロケットにおいては第２段以降である。この場合、第１段作動中は収縮して機体内に格納しておき、第１段切離し後高膨張ノズルを伸展する。第１段の切離しは第１段に進行方向とは逆向きの運動量を与えて、第２段から見ると相対的に後方に投棄するような形態である。
【０００９】
従って、本発明によるロケットエンジンでは、この第１段ロケットなど、ロケットの推進中に分離・投棄される物体に高膨張ノズルをワイヤで連結し、その分離・投棄される物体が後退する運動量で前記ワイヤを介して高膨張ノズルを引張り高膨張ノズルを正規位置まで伸展させるようにした構成を採用する。
【００１０】
分離・投棄される物体の後退につれて引き出されるワイヤを導く滑車，ガイド等を設置しワイヤの張力方向の適正化、はずれ防止を行うようにすることが可能である。またノズルが正規位置に移動した時点でワイヤを切断し、第１段ロケットを後方に切離す機構を備える。
【００１１】
ワイヤを切断する機構としては、高膨張ノズルとワイヤの連結部を火薬を用いて切断するワイヤカッタ等を採用することができる。
【００１２】
【作用】
本発明によるロケットエンジンは前記した構成を有するので、第１段ロケットなどロケットの推進中に分離して投棄される物体が後退するにつれワイヤが引き出されその後退する力を利用して伸展型の高膨張ノズルが伸展されるので、高膨張ノズル伸展用の別個の動力源が不要である。しかも高膨張ノズルを引張るワイヤは駆動アクチュエータとしては極めて軽量である。
【００１３】
高膨張ノズルが伸展されたあとはワイヤを切断し、それを第１段ロケットなど分離・投棄される物体と共に後方に投棄するので、高膨張ノズル伸展後はロケット本体側には一部の滑車等を除いて駆動機構が残らない。
従って、本発明によるロケットエンジンは、ロケットの小型・軽量化にとって有効である。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明によるロケットエンジンを図示した実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１５】
（第１実施例）
まず、図１及び図２に示す第１実施例について説明する。
この第１実施例では第１段ロケットと伸展型の高膨張ノズルをワイヤで直接継いだ構成を有している。
図１において、１は第１段ロケット、２は第２段ロケットを示し、３はエンジンである。
エンジン３の周囲には伸展型の高膨張ノズル４が縮められた状態で収納されており、その高膨張ノズル４の後端と第１段ロケット１はワイヤ５で連結されている。
６は例えば火薬を用いたワイヤカッタで高膨張ノズル４の後端部に取付けられている。
７は分離機構であり、８は第１段及び第２段ロケットの分離部を示している。
【００１６】
図１に示したロケットエンジンにおいて、ロケット発射後、第１段ロケットが燃焼終了すると、分離機構７によって１段，２段の間が分離され、第１段ロケットは後方に後退する。この時、ワイヤ５で１段に接続された伸展ノズル４は後退する第１段ロケットに引張られ、収納位置から引き出される。エンジン本体３との結合位置まで来ると、ワイヤカッタ６が作動してワイヤ５を切断し、高膨張ノズル４の移動は終了する。
この切離し時の状態を図２に示してある。
【００１７】
（第２実施例）
次に、図３及び図４に示す第２実施例について説明する。
この第２実施例によるロケットエンジンでは、図３に示すように高膨張ノズル４にワイヤ切断機構６を介して接続したワイヤ５を数個の滑車９で案内させて第１段ロケット１に接続させている。
【００１８】
この実施例では、高膨張ノズル４の収納時及び伸展中、ワイヤ５は常に展張された状態を保ち、かつ、伸展中にワイヤ５にかかる引張りが均等になるので伸展中の高膨張ノズル４が傾くのが防がれる。
また、高膨張ノズル４の収納時、および伸展中にワイヤ５が絡ったりすることがない。
その他の構成及び作用は第１実施例の場合と同様である。
【００１９】
（第３実施例）
次に、図５及び図６に示す第３実施例について説明する。
本実施例によるロケットエンジンでは、高膨張ノズル４の複数個所にそれぞれ接続された複数本のワイヤ５を１ケ所５’で結合してまとめ、そのあとにワイヤ切断機構６を介して第１段ロケット１に１ケ所で接続したものである。
【００２０】
先の実施例の場合のように第１段ロケット上の複数個所から複数本のワイヤ５で引張るように構成した場合は、第１段ロケット１が傾くと高膨張ノズル４を引張る力が不均一になってしまう。
これを防ぐため、前記したようにワイヤ５と第１段１との結合ポイントを１ケ所５’にしたのである。
【００２１】
ワイヤ５は第２段内部で複数に分岐しているので高膨張ノズル４を均等に引張ることができる。また、これによりワイヤ５の切断機構６は１個で良い利点もある。
その他の構成と作用は先の実施例の場合と同様である。
【００２２】
【発明の効果】
高膨張ノズルを伸展型として装備することにより、２段エンジンの格納スペースが小さくなり、機体重量が軽量化される。例えば直径４ｍ×長さ５ｍ程度のエンジンの場合、長さ３ｍに縮めることができれば機体重量を１００kg程度軽くすることが可能である。
【００２３】
その上、本発明では分離・投棄物体の運動量でワイヤを介して高膨張ノズルを引張り高膨張ノズルを伸展させるので伸展用の動力装置が不要であり、他の方式と比較して約２０〜３０kg程度の重量軽減が可能である。特にこれについては第２段の重量が軽くなるものであり、打上げ能力の向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るロケットエンジンにおいて高膨張ノズル伸展前の全体図。
【図２】図１に示すロケットエンジンにおいて、高膨張ノズル伸展後の全体図。
【図３】本発明の第２実施例に係るロケットエンジンにおいて高膨張ノズル伸展前の全体図。
【図４】図３に示すロケットエンジンにおいて、高膨張ノズル伸展後の全体図。
【図５】本発明の第３実施例に係るロケットエンジンにおいて高膨張ノズル伸展前の全体図。
【図６】図５に示すロケットエンジンにおいて、高膨張ノズル伸展後の全体図。
【図７】従来技術による伸展ノズルを具えたロケットエンジンを示す全体図。
【図８】伸展ノズルを有しないロケットエンジン（ａ）と有するロケットエンジン（ｂ）の外観例。
【符号の説明】
１ 第１段ロケット
２ 第２段ロケット
３ エンジン
４ 伸展ノズル
５ ワイヤ
６ ワイヤカッタ
７ 分離機構
８ 分離部
９ 滑車

Claims (1)

1. 使用しないときは縮めて収納し使用するときに伸展される伸展型の高膨張ノズルを備えたロケットエンジンにおいて、ロケットの推進中に分離・投棄される物体に前記高膨張ノズルをワイヤで連結し、前記分離・投棄される物体の運動量で前記ワイヤを介して前記高膨張ノズルを引張り同高膨張ノズルを正規位置まで伸展させる構成としたことを特徴とする伸展型の高膨張ノズルを備えたロケットエンジン。

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