JP3884127B2 - One liquid propulsion method and one liquid propulsion apparatus - Google Patents

One liquid propulsion method and one liquid propulsion apparatus Download PDF

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塚 道 則 瀧
日出男 波多野
田 敏 男 恩
原 卓 雄 桑
一 郎 那賀川
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細谷火工株式会社
株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小推力の用途、例えば、ロケットの姿勢制御用エンジン（スラスター等）の推力発生源として利用される一液推進方法および一液推進装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体ロケットエンジンには液体推進薬が用いられるが、この液体推進薬は、大別して、一液推進薬と二液推進薬に分けることができる。
【０００３】
このうち、一液推進薬は、通常の大気状態では安定で、触媒あるいは加熱・加圧などにより反応して高温ガスを発生する単一物資または混合物の液体である。また、二液推進薬は、液体の燃料と液体の酸化剤を別々に供給して反応を生じさせることにより推力を得ることができるようにしたものである。
【０００４】
図２は一液推進薬を用いた従来の一液推進装置の基本構造を例示するものであって、この一液推進装置２１は、Ｈｅ，Ｎｅなどの加圧用ガスを貯える気蓄器２２と、調圧弁（レギュレータ）２３と、遮断弁２４と、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）やヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などの一液推進薬２５Ｐを収容する推進薬収容部２５と、一液推進薬２５Ｐの供給量を調整する推薬弁２６と、スラスター２７とを配管２８により接続し、スラスター２７の前側部分に触媒層２７Ｃをそなえていると共に後側部分にノズル部２７Ｎを形成し、中間の空胴部分が燃焼空間２７Ｂとなっている構造をなすものである。
【０００５】
このような構造において、調圧弁２３および遮断弁２４の開度を調整することによって気蓄器２２内のガス圧力を推進薬収容部２５内の一液推進薬２５Ｐに加え、推薬弁２６の開度を調整することによって、スラスター２７の触媒層２７Ｃに一液推進薬２５Ｐを送給する。
【０００６】
一液推進薬２５Ｐは触媒層２７Ｃを通過することにより分解され、例えば、一液推進薬２５Ｐがヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）である場合にはＮＨ３，Ｎ２，Ｈ２などに分解されてこれらの混合ガスとなり、この際発熱することにより生成される高温ガスがノズル部２７Ｎより出ることによって推力を発生する。
【０００７】
この場合、触媒としては、例えば、アルミナのごとき多孔質の触媒担体にイリジウム（Ｉｒ）などを付着させたものが用いられ、分解を促進させるために燃料を電気的に加熱して用いることもありうる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の場合において、一液推進薬として過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を用いるときには、比推力が１４０〜１６０ｓ程度と低いため、これよりも大きい２００〜２３０ｓ程度の比推力を得ることができるヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が多く使用されているが、このヒドラジンは毒性が強く、取り扱い時には防護服等で身を固める必要があって、取り扱い性が良くないと共に、値段も高いという問題点があったことから、このような問題点を解消し、取り扱い性が良くしかもある程度の比推力を得ることができ、低コストのものとすることが可能である一液推進方法および一液推進装置の開発が望まれているという課題があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされたものであって、従来のヒドラジンに比べて毒性が少なく蒸気が爆発するおそれもなく取り扱い性が良好でありしかも有毒なヒドラジンに劣らない大きな比推力を得ることが可能であり、さらにはコストのより一層の低減をはかることも可能である一液推進方法および一液推進装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる一液推進方法は、請求項１に記載しているように、一液推進薬により推力を得るに際し、一液推進薬として少なくともヒドロキシルアンモニウムナイトレート（ＮＨ３（ＯＨ）ＮＯ３）と燃料を含む混合液を用い、混合液のうち一部を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、混合液のうち残部を燃焼空間内に直接噴射し、直接噴射した混合液を燃焼空間内で高温ガスにより点火燃焼させて推力を得るようにしたことを特徴としている。
【００１１】
そして、本発明に係わる一液推進方法の実施態様においては、請求項２に記載しているように、一液推進薬としてヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液を用いることができる。
【００１２】
同じく、本発明に係わる一液推進方法の実施態様においては、請求項３に記載しているように、燃料としてトリエタノールアンモニウムナイトレート（ＴＥＡＮ）を用いることができ、あるいは、請求項４に記載しているように、燃料として炭化水素系（Ｃ／Ｈ系）燃料を用いることができる。
【００１３】
同じく、本発明に係わる一液推進方法の実施態様においては、請求項５に記載しているように、混合液のうち、１０〜３０重量％を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射するようになすことができる。
【００１４】
本発明に係わる一液推進装置は、請求項６に記載しているように、少なくともヒドロキシルアンモニウムナイトレート（ＮＨ３（ＯＨ）ＮＯ３）と燃料を含む混合液からなる一液推進薬を収容する推進薬収容部と、混合液のうち一部を分解して高温ガスを発生させる触媒層と、混合液のうち残部を噴射する噴射器と、噴射された混合液を高温ガスにより点火燃焼させて推力を得る燃焼空間をそなえた構成としたことを特徴としている。
【００１５】
そして、本発明に係わる一液推進装置の実施態様においては、請求項７に記載しているように、一液推進薬はヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液からなるものとすることができる。
【００１６】
同じく、本発明に係わる一液推進装置の実施態様においては、請求項８に記載しているように、触媒層は混合液のうち１０〜３０重量％を分解して高温ガスを発生させると共に、噴射器は混合液のうち７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射するものとすることができる。
【００１７】
本発明に係わる一液推進方法および一液推進装置において、一液推進薬としては、上記したように、少なくともヒドロキシルアンモニウムナイトレートと燃料を含む混合液が使用される。
【００１８】
このうち、ヒドロキシルアンモニウムナイトレート（硝酸ヒドロキシルアンモニウム；ＮＨ３（ＯＨ）ＮＯ３）は、低温では白色針状晶をなすものであるが、潮解性がきわめて強い性質を有するものであるため、常温では水を含むシロップ状になるものであり、酸化能力も大きいもの（酸素バランスは約３３．３３％）である。
【００１９】
そして、このヒドロキシルアンモニウムナイトレート単体では比推力は１４０ｓ程度，火炎温度は１１００Ｋ程度（５０ａｔｍ，最適開口比）であるが、酸素を発生することからこれに燃料を添加することによって比推力および火炎温度はかなり上昇するものとなる。
【００２０】
また、燃料としては、トリエタノールアンモニウムナイトレート（ＴＥＡＮ）を用いることができ、あるいは、アルコールおよび水等と溶解しやすい炭化水素系（Ｃ／Ｈ系）燃料およびヒドロキシルアンモニウムナイトレートを混合したときに液状を保ちうる炭化水素系（Ｃ／Ｈ系）燃料（炭化水素系（Ｃ／Ｈ系）でもヒドロキシルアンモニウムナイトレート（ＨＡＮ）と混合して液体状を保つものには、例えば、ポリウレタン等のポリマーがある。）を用いることができ、適宜水を添加したものを用いることができる。
【００２１】
そして、一液推進薬を構成する混合液のうち一部を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、混合液の残部を燃焼空間内に直接噴射する。
【００２２】
この混合液の一部を分解して高温ガスを発生させる触媒としては、Ｐｔ，Ｐｄなどを用いることができ、ヒドロキシルアンモニウムナイトレートを下記式により分解して熱を発生し高温のガスとなる。
【００２３】

Figure 0003884127
【００２４】
この場合、触媒により分解されて高温ガスを発生する混合液量は、１０〜３０重量％とすることがより望ましく、燃焼空間へ直接噴射する混合液量は、７０〜９０重量％とすることがより望ましい。
【００２５】
すなわち、触媒により分解される混合液量が１０重量％未満、直接噴射する混合液量が９０重量％超過であると、発生する高温ガス量が少なくなって直接噴射する混合液への着火性が低下する傾向となり、反対に、触媒により分解される混合液量が３０重量％超過、直接噴射する混合液量が７０重量％未満であると、性能が低下する傾向となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による一液推進方法では、一液推進薬により推力を得るに際し、一液推進薬としてヒドロキシルアンモニウムナイトレートと燃料を含む混合液を用い、混合液のうち一部を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、混合液のうち残部を燃焼空間内に直接噴射し、直接噴射した混合液を燃焼空間内で高温ガスにより点火燃焼させて推力を得るようにしたから、従来のヒドラジンに比べて毒性が少なく蒸気が爆発するおそれもなく取り扱い性が良好でありしかも有毒なヒドラジンに劣らない大きな比推力を得ることが可能であり、さらにはコストのより一層の低減を実現することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２７】
そして、請求項２に記載しているように、一液推進薬としてヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液を用いるようになすことによって、潮解性の強いヒドロキシルアンモニウムナイトレートの特質を有効に活用することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２８】
また、請求項３に記載しているように、燃料としてトリエタノールアンモニウムナイトレートを用いる（例えば、ヒドロキシルアンモニウムナイトレート５５〜７５重量％、トリエタノールアンモニウムナイトレート５〜２５重量％、水１０〜２５重量％）ことによって、燃焼効率が良好な一液推進薬とすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００２９】
さらに、請求項４に記載しているように、燃料として炭化水素系燃料を用いることによって、取り扱い性の良い低コストの一液推進薬とすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３０】
さらにまた、請求項５に記載しているように、混合液のうち、１０〜３０重量％を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射するようになすことによって、燃焼空間内で混合液を良好に分解燃焼させることが可能であり、従来に比べて触媒層を通過させる液量を少なくすることによって、混合液の停止がより鋭敏なものとなり、応答性をより一層向上させることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３１】
本発明による一液推進装置では、ヒドロキシルアンモニウムナイトレート（ＮＨ３（ＯＨ）ＮＯ３）と燃料を含む混合液からなる一液推進薬を収容する推進薬収容部と、混合液のうち一部を分解して高温ガスを発生させる触媒層と、混合液のうち残部を噴射する噴射器と、噴射された混合液を高温ガスにより点火燃焼させて推力を得る燃焼空間をそなえた構成としたから、従来のヒドラジンに比べて毒性が少なく蒸気が爆発するおそれもなく取り扱い性が良好でありしかも有毒なヒドラジンを用いた場合に劣らない大きな比推力を発生する一液推進装置を低コストで提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３２】
そして、請求項７に記載しているように、一液推進薬はヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液からなるものとすることによって、潮解性の強いヒドロキシルアンモニウムナイトレートの特性を有効に活用することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３３】
また、請求項８に記載しているように、触媒層は混合液のうち１０〜３０重量％を分解して高温ガスを発生させると共に、噴射器は混合液のうち７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射するようになすことによって、燃焼空間内で混合液を良好に分解燃焼させることが可能であり、従来に比べて触媒層を通過させる液量を少なくすることによって、混合液の停止をより一層鋭敏なものとすることが可能となり、応答性をより一層向上させた一液推進装置とすることが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明に係わる一液推進方法および一液推進装置の実施例について述べるが、本発明はこのような実施例にのみ限定されないことはいうまでもない。
【００３５】
図１は本発明による一液推進方法を実施するための一液推進装置の基本構造を例示するものであって、この一液推進装置１は、Ｈｅ，Ｎｅなどの加圧用ガスを貯える気蓄器２と、調圧弁（レギュレータ）３と、遮断弁４と、この実施例ではヒドロキシルアンモニウムナイトレート６６重量％と水１８重量％とトリエタノールアンモニウムナイトレート１６重量％の混合比をもつ混合液からなる一液推進薬５Ｐを収容する推進薬収容部５と、一液推進薬５Ｐの供給量を調整する推薬弁６と、スラスター７とを配管８により接続し、スラスター７の前側部分の中央には途中に分岐量調整弁８Ａを設けた触媒層側分岐配管８Ｃと接続した触媒層７Ｃをそなえていると共に、触媒層７Ｃの外側には途中に分岐量調整弁８Ｂを設けた噴射器側分岐配管８Ｊと接続した噴射器７Ｊをそなえ、スラスター７の後側部分にノズル部７Ｎを形成し、中間の空胴部分が燃焼空間７Ｂとなっている構造をなすものである。
【００３６】
このような構造において、調圧弁３および遮断弁４の開度を調整することによって気蓄器２内のガス圧力を推進薬収容部５内の一液推進薬５Ｐに加え、推薬弁６の開度を調整することによって、一液推進薬５Ｐの全体送給量を制御すると共に分岐量調整弁８Ａ，８Ｂの開度を調整することによって、触媒層７Ｃに流れる混合液量と噴射器７Ｊから噴射される混合液量を調整し、この実施例では混合液の１５重量％が触媒層７Ｃに流れ、かつ８５重量％が噴射器７Ｊから噴射されるようにした。
【００３７】
そこで、触媒層側分岐配管８Ｃを流れる一液推進薬５Ｐは触媒層７Ｃを通過することにより分解され、
Figure 0003884127
となって高温のガスとなり、燃焼空間７Ｂに送給される。
【００３８】
他方、噴射器側分岐配管８Ｊを流れる一液推進薬５Ｐは噴射器７Ｊによって燃焼空間７Ｂの内部に直接噴射され、前記触媒層７Ｃで分解されて生じた高温のガスにより点火されて分解燃焼し、この高温の燃焼ガスがノズル部７Ｎより出ることによって推力を発生することとなり、この実施例では最大２５０ｓの比進力と最高３０００Ｋの火炎温度（５０ａｔｍ，最適開口比）を達成することが可能であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による一液推進方法を実施するため一液推進装置の実施例を示す基本構成説明図である。
【図２】 従来例による一液推進装置を示す基本構成説明図である。
【符号の説明】
１ 一液推進装置
２ 気蓄器
３ 調圧弁
４ 遮断弁
５ 推進薬収容部
５Ｐ 一液推進薬
６ 推薬弁
７ スラスター
７Ｂ 燃焼空間
７Ｃ 触媒層
７Ｊ 噴射器
７Ｎ ノズル部
８ 配管
８Ａ 分岐量調整弁
８Ｂ 分岐量調整弁
８Ｃ 触媒層側分岐配管
８Ｊ 噴射器側分岐配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a one-liquid propulsion method and a one-liquid propulsion apparatus used as a thrust generation source of a relatively small thrust, for example, a rocket attitude control engine (such as a thruster).
[0002]
[Prior art]
A liquid propellant is used for a liquid rocket engine. The liquid propellant can be roughly divided into a one-liquid propellant and a two-liquid propellant.
[0003]
Among them, the one-component propellant is a liquid of a single substance or a mixture that is stable in a normal atmospheric state and reacts by a catalyst or heating / pressurization to generate a high temperature gas. In addition, the two-component propellant is capable of obtaining a thrust by separately supplying a liquid fuel and a liquid oxidant to cause a reaction.
[0004]
FIG. 2 illustrates the basic structure of a conventional one-component propulsion device using a one-component propellant. The one-component propulsion device 21 includes an air reservoir 22 for storing a pressurizing gas such as He and Ne, and the like. A pressure regulating valve (regulator) 23, a shut-off valve 24, a propellant storage unit 25 for storing a one-component propellant 25P such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or hydrazine (N 2 H 4 ), A propellant valve 26 for adjusting the supply amount of the liquid propellant 25P and a thruster 27 are connected by a pipe 28, and a catalyst layer 27C is provided in the front portion of the thruster 27 and a nozzle portion 27N is formed in the rear portion. The intermediate cavity portion forms a combustion space 27B.
[0005]
In such a structure, by adjusting the opening degree of the pressure regulating valve 23 and the shutoff valve 24, the gas pressure in the air accumulator 22 is applied to the one-liquid propellant 25P in the propellant container 25, and the propellant valve 26 By adjusting the opening, the one-component propellant 25P is fed to the catalyst layer 27C of the thruster 27.
[0006]
The one-component propellant 25P is decomposed by passing through the catalyst layer 27C. For example, when the one-component propellant 25P is hydrazine (N 2 H 4 ), it is decomposed into NH 3 , N 2 , H 2 or the like. A high-temperature gas generated by generating mixed gas and generating heat at this time is generated from the nozzle portion 27N to generate thrust.
[0007]
In this case, for example, a catalyst obtained by attaching iridium (Ir) or the like to a porous catalyst carrier such as alumina is used, and the fuel may be used by electrically heating the fuel to promote decomposition. sell.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional case, when hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used as the one-propellant, the specific thrust is as low as about 140 to 160 s, so that a specific thrust of about 200 to 230 s larger than this is obtained. The hydrazine (N 2 H 4 ) that can be used is often used, but this hydrazine is highly toxic, and it is necessary to harden it with protective clothing when handling it. Since there was a problem, the one-component propulsion method and the one-component propulsion method that can solve such a problem, have good handleability and obtain a certain degree of specific thrust, and can be made at low cost. There was a problem that development of a propulsion device was desired.
[0009]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and is less toxic than conventional hydrazine and has good handleability without the risk of explosion of steam and is not inferior to toxic hydrazine. An object of the present invention is to provide a one-liquid propulsion method and a one-liquid propulsion apparatus that can obtain a specific thrust and can further reduce the cost.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As described in claim 1, the one-component propulsion method according to the present invention provides at least hydroxylammonium nitrate (NH 3 (OH) NO 3 ) as the one-component propellant when thrust is obtained with the one-component propellant. And a fuel containing a fuel mixture, a part of the mixture is decomposed by a catalyst to generate high-temperature gas, and the remaining part of the mixture is directly injected into the combustion space. It is characterized in that it is ignited and burned with high-temperature gas inside to obtain thrust.
[0011]
In the embodiment of the one-component propulsion method according to the present invention, as described in claim 2, a mixed solution of hydroxylammonium nitrate, water and fuel can be used as the one-component propellant.
[0012]
Similarly, in the embodiment of the one-component propulsion method according to the present invention, as described in claim 3, triethanolammonium nitrate (TEAN) can be used as the fuel. As described above, a hydrocarbon (C / H) fuel can be used as the fuel.
[0013]
Similarly, in the embodiment of the one-component propulsion method according to the present invention, as described in claim 5, 10-30 wt% of the mixed solution is decomposed with a catalyst to generate a high-temperature gas, 70 to 90% by weight can be injected directly into the combustion space.
[0014]
The one-component propulsion apparatus according to the present invention contains a one-component propellant composed of a mixed solution containing at least hydroxylammonium nitrate (NH 3 (OH) NO 3 ) and fuel. A propellant container, a catalyst layer that decomposes a part of the mixed liquid to generate a high-temperature gas, an injector that injects the remaining part of the mixed liquid, and the injected mixed liquid is ignited and burned by the high-temperature gas. It is characterized by having a combustion space for obtaining thrust.
[0015]
In the embodiment of the one-component propulsion apparatus according to the present invention, as described in claim 7, the one-component propellant is composed of a mixture of hydroxylammonium nitrate, water and fuel. it can.
[0016]
Similarly, in the embodiment of the one-component propulsion device according to the present invention, as described in claim 8, the catalyst layer decomposes 10 to 30% by weight of the mixed solution to generate a high-temperature gas, The injector may inject 70 to 90% by weight of the mixture directly into the combustion space.
[0017]
In the one-component propulsion method and the one-component propulsion device according to the present invention, as described above, a mixed solution containing at least hydroxylammonium nitrate and fuel is used as the one-component propellant.
[0018]
Of these, hydroxylammonium nitrate (hydroxylammonium nitrate; NH 3 (OH) NO 3 ) is a white needle-like crystal at low temperatures, but has extremely strong deliquescence, so at room temperature. It is a syrup containing water and has a high oxidation capacity (oxygen balance is about 33.33%).
[0019]
The hydroxylammonium nitrate alone has a specific thrust of about 140 s and a flame temperature of about 1100 K (50 atm, optimum aperture ratio). Since oxygen is generated, the specific thrust and flame temperature are increased by adding fuel to this. Will rise considerably.
[0020]
As the fuel, triethanolammonium nitrate (TEAN) can be used, or when a hydrocarbon-based (C / H-based) fuel and hydroxylammonium nitrate that are easily soluble with alcohol and water are mixed. Hydrocarbon (C / H) fuels that can remain liquid (hydrocarbon (C / H) fuels that are mixed with hydroxylammonium nitrate (HAN) and remain in a liquid state include, for example, polymers such as polyurethane. Can be used, and water to which water is appropriately added can be used.
[0021]
A part of the mixed liquid constituting the one-propellant is decomposed by a catalyst to generate a high-temperature gas, and the remaining part of the mixed liquid is directly injected into the combustion space.
[0022]
Pt, Pd, or the like can be used as a catalyst that decomposes a part of the mixed solution to generate a high-temperature gas. Hydroxyl ammonium nitrate is decomposed by the following formula to generate heat and become a high-temperature gas.
[0023]
Figure 0003884127
[0024]
In this case, the amount of the liquid mixture that is decomposed by the catalyst and generates the high temperature gas is more preferably 10 to 30% by weight, and the amount of the liquid mixture directly injected into the combustion space is 70 to 90% by weight. More desirable.
[0025]
That is, when the amount of the liquid mixture decomposed by the catalyst is less than 10% by weight and the amount of the liquid mixture directly injected exceeds 90% by weight, the amount of high-temperature gas generated is reduced, and the direct injection liquid mixture is ignitable. On the contrary, when the amount of the liquid mixture decomposed by the catalyst is more than 30% by weight and the amount of the liquid mixture directly injected is less than 70% by weight, the performance tends to be lowered.
[0026]
【The invention's effect】
In the one-component propulsion method according to the present invention, when a thrust is obtained with a one-component propellant, a mixed solution containing hydroxylammonium nitrate and fuel is used as the one-component propellant, and a part of the mixed solution is decomposed with a catalyst to obtain a high temperature. Compared to conventional hydrazine, gas is generated and the remainder of the mixture is directly injected into the combustion space, and the directly injected mixture is ignited and burned with high-temperature gas in the combustion space. It is possible to obtain a large specific thrust that is not inferior to that of toxic hydrazine and that can be further reduced in cost. There is a markedly superior effect.
[0027]
And, as described in claim 2, by using a mixed solution of hydroxylammonium nitrate, water and fuel as a one-component propellant, the characteristics of hydroxylammonium nitrate having a strong deliquescent are effectively obtained. The remarkable effect that it can be utilized is brought about.
[0028]
Further, as described in claim 3, triethanolammonium nitrate is used as a fuel (for example, hydroxylammonium nitrate 55 to 75% by weight, triethanolammonium nitrate 5 to 25% by weight, water 10 to 25%). % By weight) has a remarkable effect that it is possible to obtain a one-component propellant with good combustion efficiency.
[0029]
Furthermore, as described in claim 4, by using a hydrocarbon-based fuel as the fuel, it is possible to obtain a remarkably excellent effect that it is possible to obtain a low-cost one-component propellant with good handleability. .
[0030]
Furthermore, as described in claim 5, 10 to 30% by weight of the mixed solution is decomposed by the catalyst to generate high temperature gas, and 70 to 90% by weight is directly injected into the combustion space. By doing so, it is possible to decompose and burn the liquid mixture well in the combustion space, and by stopping the liquid mixture passing through the catalyst layer less than before, the liquid mixture can be stopped more sharply Thus, the remarkably excellent effect that the responsiveness can be further improved is brought about.
[0031]
In the one-component propulsion device according to the present invention, a propellant accommodating portion for accommodating a one-component propellant composed of a mixed solution containing hydroxylammonium nitrate (NH 3 (OH) NO 3 ) and fuel, and a part of the mixed solution Since it is configured to have a catalyst layer that decomposes to generate high-temperature gas, an injector that injects the remainder of the mixed liquid, and a combustion space that obtains thrust by igniting and burning the injected mixed liquid with high-temperature gas, To provide a one-component propulsion device at low cost that generates a large specific thrust that is not inferior to the use of toxic hydrazine, which is less toxic than conventional hydrazine, has no risk of explosion of steam and is easy to handle. This is a remarkable effect that is possible.
[0032]
And, as described in claim 7, the one-propellant propellant is composed of a mixed solution of hydroxylammonium nitrate, water and fuel, thereby effectively making the characteristics of hydroxylammonium nitrate highly deliquescent. The remarkable effect that it can be utilized is brought about.
[0033]
In addition, as described in claim 8, the catalyst layer decomposes 10 to 30% by weight of the mixed solution to generate high temperature gas, and the injector burns 70 to 90% by weight of the mixed solution. By direct injection into the space, the mixed liquid can be decomposed and burned well in the combustion space, and by reducing the amount of liquid that passes through the catalyst layer compared to the conventional case, The stop can be made even more sensitive, and the remarkable effect of being able to provide a one-component propulsion device with further improved responsiveness is brought about.
[0034]
【Example】
Hereinafter, examples of the single-liquid propulsion method and the single-liquid propulsion apparatus according to the present invention will be described, but it is needless to say that the present invention is not limited to such examples.
[0035]
FIG. 1 illustrates the basic structure of a single-liquid propulsion device for carrying out the single-liquid propulsion method according to the present invention. The single-liquid propulsion device 1 stores air pressure for storing a pressurizing gas such as He or Ne. A pressure regulator (regulator) 3, a shut-off valve 4, and a liquid mixture having a mixing ratio of 66% by weight of hydroxylammonium nitrate, 18% by weight of water and 16% by weight of triethanolammonium nitrate in this embodiment. The propellant accommodating part 5 for accommodating the one-component propellant 5P, the propellant valve 6 for adjusting the supply amount of the one-component propellant 5P, and the thruster 7 are connected by a pipe 8, and the center of the front portion of the thruster 7 is connected. Is provided with a catalyst layer 7C connected to a catalyst layer side branch pipe 8C provided with a branch amount adjusting valve 8A in the middle, and on the injector side provided with a branch amount adjusting valve 8B in the middle of the catalyst layer 7C. Branch piping 8 Equipped with injectors 7J connected with, to form a nozzle portion 7N in the rear part of the thruster 7, in which form the structure cavity portion of the intermediate is in the combustion space 7B.
[0036]
In such a structure, by adjusting the opening degree of the pressure regulating valve 3 and the shutoff valve 4, the gas pressure in the air accumulator 2 is applied to the one-propellant propellant 5 </ b> P in the propellant container 5, and the propellant valve 6 By adjusting the opening, the total amount of the one-liquid propellant 5P is controlled, and by adjusting the opening of the branch amount adjusting valves 8A, 8B, the amount of the mixture flowing in the catalyst layer 7C and the injector 7J In this embodiment, 15% by weight of the mixed solution flows into the catalyst layer 7C and 85% by weight is injected from the injector 7J.
[0037]
Therefore, the one-propellant propellant 5P flowing through the catalyst layer side branch pipe 8C is decomposed by passing through the catalyst layer 7C,
Figure 0003884127
Becomes high-temperature gas and is fed to the combustion space 7B.
[0038]
On the other hand, the one-component propellant 5P flowing through the injector-side branch pipe 8J is directly injected into the combustion space 7B by the injector 7J, and is ignited and decomposed and burned by the high-temperature gas generated by decomposition in the catalyst layer 7C. This high-temperature combustion gas is generated from the nozzle portion 7N to generate thrust, and in this embodiment, it is possible to achieve a maximum advancing force of 250 s and a maximum flame temperature (50 atm, optimum opening ratio) of 3000 K. Met.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration explanatory view showing an embodiment of a single liquid propulsion device for carrying out a single liquid propulsion method according to the present invention.
FIG. 2 is a basic configuration explanatory view showing a one-liquid propulsion device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1 component propulsion apparatus 2 Air accumulator 3 Pressure regulating valve 4 Shut-off valve 5 Propellant accommodating part 5P 1 component propellant 6 Propellant valve 7 Thruster 7B Combustion space 7C Catalyst layer 7J Injector 7N Nozzle part 8 Piping 8A Branching amount adjustment valve 8B Branch amount adjusting valve 8C Catalyst layer side branch piping 8J Injector side branch piping

Claims (8)

一液推進薬により推力を得るに際し、一液推進薬としてヒドロキシルアンモニウムナイトレートと燃料を含む混合液を用い、混合液のうち一部を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、混合液のうち残部を燃焼空間内に直接噴射し、直接噴射した混合液を燃焼空間内で高温ガスにより点火燃焼させて推力を得ることを特徴とする一液推進方法。When obtaining thrust with a one-component propellant, a mixed solution containing hydroxylammonium nitrate and fuel is used as a one-component propellant, and a part of the mixed solution is decomposed by a catalyst to generate a high-temperature gas. A one-component propulsion method characterized in that the remaining portion is directly injected into the combustion space, and the directly injected liquid mixture is ignited and burned with high-temperature gas in the combustion space. 一液推進薬としてヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液を用いる請求項１に記載の一液推進方法。The one-component propulsion method according to claim 1, wherein a mixed solution of hydroxylammonium nitrate, water and fuel is used as the one-component propellant. 燃料としてトリエタノールアンモニウムナイトレートを用いる請求項１または２に記載の一液推進方法。The one-component propulsion method according to claim 1 or 2, wherein triethanolammonium nitrate is used as a fuel. 燃料として炭化水素系燃料を用いる請求項１または２に記載の一液推進方法。The one-component propulsion method according to claim 1, wherein a hydrocarbon-based fuel is used as the fuel. 混合液のうち、１０〜３０重量％を触媒により分解して高温ガスを発生させると共に、７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載の一液推進方法。The one-component propulsion according to any one of claims 1 to 4, wherein 10 to 30% by weight of the mixed liquid is decomposed by a catalyst to generate a high-temperature gas and 70 to 90% by weight is directly injected into the combustion space. Method. ヒドロキシルアンモニウムナイトレートと燃料を含む混合液からなる一液推進薬を収容する推進薬収容部と、混合液のうち一部を分解して高温ガスを発生させる触媒層と、混合液のうち残部を噴射する噴射器と、噴射された混合液を高温ガスにより点火燃焼させて推力を得る燃焼空間をそなえたことを特徴とする一液推進装置。A propellant container that contains a one-propellant propellant composed of a mixed liquid containing hydroxylammonium nitrate and fuel, a catalyst layer that decomposes part of the mixed liquid to generate high-temperature gas, and the remaining part of the mixed liquid A one-component propulsion device comprising an injector for injecting and a combustion space for igniting and burning the injected mixed liquid with a high-temperature gas to obtain thrust. 一液推進薬はヒドロキシルアンモニウムナイトレートと水と燃料の混合液からなる請求項６に記載の一液推進装置。The one-component propellant according to claim 6, wherein the one-component propellant comprises a mixed solution of hydroxylammonium nitrate, water and fuel. 触媒層は混合液のうち１０〜３０重量％を分解して高温ガスを発生させると共に、噴射器は混合液のうち７０〜９０重量％を燃焼空間内に直接噴射する請求項６に記載の一液推進装置。The catalyst layer decomposes 10 to 30% by weight of the mixed solution to generate a high-temperature gas, and the injector directly injects 70 to 90% by weight of the mixed solution into the combustion space. Liquid propulsion device.
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