JP4057844B2 - インナー・ケースとアウター・ケースとの分離手段を備えたロケット推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアウター・ケースとインナー・ケースを備えるロケット推進装置に関し、インナー・ケース（ライニングともいう）はアウター・ケースに対して間隔を取って配置されて燃焼室を形成し、燃焼室から推進剤を噴出するのに適した輪郭を備え、燃焼室スロート部を形成するくびれを有する。
【０００２】
【従来の技術】
アウター・ケースとインナー・ケースからなる構造を持つロケット推進装置は、以前から従来の技術により知られている。これについてはたとえばＤＥ１９９０１４２２が挙げられる。このようなロケット推進装置の場合、冷却系統を含めることができるインナー・ケースと、アウター・ケースとが互いに固定結合されている。このアウター・ケースはたとえばインナー・ケースに電着被覆することができる。
【０００３】
これに対してＵＳ５，８９９，０６０が開示するロケット推進装置は、インナー・ケースとアウター・ケースが互いに一定の間隔を置いて配置され同じ輪郭を示す。この場合ロケット推進装置が運転状態にあるときは、インナー・ケースがアウター・ケースに押し付けられるので、アウター・ケースがインナー・ケースを支持することになる。
【０００４】
しかし上記の従来の技術の欠点は、煩瑣な手間をかけてインナー・ケースとアウター・ケースを互いに適合させなければならず、したがって燃焼室領域に変更が必要になった場合、常に構造全体の最適化を行わなければならないことである。電着結合または溶接結合のような、インナー・ケースとアウター・ケースの手間のかかる結合も必要である。構造の一部が運転によって損傷すると、通常は推進装置全体がもはや再使用できなくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、製造ができるだけ簡単で、とくに個々のユニットの最適化にわずかな手間しか必要としないロケット推進装置を得ることである。この課題は請求項１の諸特徴により解決される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるロケット推進装置はアウター・ケースとインナー・ケースとを備え、インナー・ケースはアウター・ケースに対して間隔を取って配置されている。このインナー・ケースは燃焼室を形成し、燃焼室から推進剤を噴出するのに適合された輪郭を備え、燃焼室スロート部を形成するくびれを有する。本発明によれば、今回、アウター・ケースはインナー・ケースの輪郭に合致させず、インナー・ケースと異なる輪郭を有するようになされる。したがってインナー・ケースとアウター・ケースの間の局所的間隔は概して一定ではなく、インナー・ケースとアウター・ケースの輪郭が異なるのに対応して変化する。しかしこのことによって問題を生じない。インナー・ケースがアウター・ケースに（たとえば運転状態において押し付けられることにより）密着することがないようにするからである。インナー・ケースは、運転中に燃焼室に生じる負荷に対応するに十分なだけの強度を持てばよい。したがってロケット推進装置において、内部負荷を担う構造と外部負荷を担う構造の間に、広義的な機能上の分離が得られる。
【０００７】
したがってインナー・ケースの輪郭に最適化の必要が生じても、それとは無関係にアウター・ケースを配置することができる。たとえばアウター・ケースに１つの標準型構造を定めれば、１つの推進装置の開発期間全体を通じて、あるいは推進装置の１つのシリーズ全体について、その標準型構造を広範囲に一定に維持することができる。これによりロケット推進装置の開発ないし製造が著しく単純化され、安価に行われる。構造、素材、寿命、剛性ないし弾性に関する相互影響を十分に防止した上で、インナー・ケースとアウター・ケースを最適化することもできる。
【０００８】
もう１つのコスト上の最適化は、インナー・ケースを交換可能なものに形成することによって得られる。インナー・ケースは運転中高温にさらされ、これがインナー・ケースの寿命に限界を与える。従来のロケット推進装置の場合、これは自動的に推進装置全体の寿命に限界を与えていた。しかしインナー・ケースを交換可能なものに形成し、しかもインナー・ケースとアウター・ケースの結合をそれに対応して分離可能なものとすれば、推進装置の残りの構造物を再使用でき、これにより推進装置再製造のコストと時間が著しく軽減される。
【０００９】
特にインナー・ケースとアウター・ケースは、インナー・ケースの末端領域でのみ互いに結合するようになされる。これによりインナー・ケースとアウター・ケースの配置に最大限の自由度が得られ、他面ではインナー・ケースとアウター・ケースの必要な結合箇所を最小限に減じることができる。
【００１０】
インナー・ケースとアウター・ケースの間で熱負荷を補償するために、インナー・ケースを一方の末端領域でアウター・ケースに固定的に結合し（交換可能なインナー・ケースの場合は動かないように結合するが、分離可能とする）、他方の末端領域では長手方向に移動可能に取り付けられる。
【００１１】
すでに述べたように本発明の場合、アウター・ケースに１つの標準型構造を選択し、その構造が燃焼室の特定の輪郭に依存しないものとすることができる。この標準型構造は、ジオメトリー的に非常に単純な形状を広く選択できる。こうして特にアウター・ケースが、ほぼパイプ状の輪郭を持つようにすることができる。これによりアウター・ケースはほぼインナー・ケースを囲むハウジングを形成し、このハウジングの中にインナー・ケースが配置される。ほぼパイプ状とは、ある一部の領域で、特にインナー・ケースとアウター・ケースが互いに結合されている領域で、アウター・ケースの輪郭がインナー・ケースの輪郭に近似することがあることを意味する。したがってアウター・ケースは燃焼室の開口している方の末端領域で広がる。燃焼室スロート部から下流のこの領域では、燃焼室はインナー・ケースと同様に流れの方向に広がっている。これによりこの領域におけるアウター・ケースとインナー・ケースの結合を容易に行えるようにすることができる。
【００１２】
燃焼室の高温に耐えられるように、インナー・ケースに冷却系統を組み込むことができる。インナー・ケースを対応する高耐熱素材製、とくにセラミックス製とすることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
１つの特別な実施形態について、下記に図１により説明する。
【００１４】
図１に示すロケット推進装置は燃焼室６を備え、この燃焼室６はインジェクション・ヘッド３により区切られている。燃焼室６のもう一方の末端は燃焼室スロート部９に向かい、燃焼室６に沿って膨張ノズル８へと開通している。燃焼室６の輪郭はインナー・ケース１の輪郭で決まり、このインナー・ケース１は、冷却路を備えるここには図示しない冷却系統を含むが、この冷却系統は従来の技術によって原理的に知られているものである。インナー・ケース１の冷却系統用の冷却剤は、供給路７から供給される。このインナー・ケース１はとくに推進装置に生じる内部負荷を担う。そのほかアウター・ケース２を設けるが、これは推進装置に作用する外部負荷を担うものとする。インナー・ケース１は、高耐熱材料製、特にセラミック製なるものから構成することができる。
【００１５】
図１に明らかに示すように、インナー・ケース１はアウター・ケース２からほぼ完全に分離されているだけでなく、異なる輪郭を持つ。インナー・ケース１の輪郭は燃焼室６の特殊な要件に適合されており、特にこの輪郭により推進剤の最適な噴出流れが得られ、この推進剤はインジェクション・ヘッド３によって噴射された後、燃焼室６で燃焼される。特に燃焼室スロート部９を形成するために輪郭のくびれを設けており、このスロート部９によって燃焼室における十分な圧力状態が得られる。これに対してアウター・ケース２はジオメトリー的に非常に単純な輪郭を持ち、広い領域にわたってパイプ状の輪郭を示す。したがってこのアウター・ケース２は一種の標準型ハウジングに相当することになり、燃焼室６の特殊な要件に適合させる必要はほとんどない。燃焼室スロート部９以後の下流領域においてのみ、すなわちインナー・ケース１の下端５に隣接する領域においてのみ、アウター・ケース２は輪郭を広げる。これはインナー・ケース１とアウター・ケース２の輪郭をこの領域５で互いに接近させるのに役立ち、インナー・ケース１とアウター・ケース２の固定的な、しかし分離可能な結合を、この領域に設けることができる。インナー・ケース１とアウター・ケース２間の固定的な接続は、両ケースの溶着またははんだ付けにより行われ、さらに該接続にスクリューまたはクランプ接続を供することにより分離可能な接続とすることができる。インナー・ケース１とアウター・ケース２のもう１つの結合は、インナー・ケースのもう一方の末端４の領域に設けられており、この結合は、アウター・ケース２に、ないしはアウター・ケース２とインジェクション・ヘッド３との間に配置された対応する軸受において、インナー・ケース１の長手方向に移動可能な取り付けによって行われる。長手方向に移動可能な取り付けは、この他例えば、アウター・ケース２にスロットを設け、インナー・ケース１の端部が該スロットをスライド可能に制御されると良い。さらに該取り付け部をシールするためにエラストマー製または金属製の環状リングが、両ケース間に配されて行われると良い。したがって熱負荷が生じても、インナー・ケース１とアウター・ケース２の間で補償することができる。
【００１６】
したがってインナー・ケース１とアウター・ケース２は機能的に分離されており、インナー・ケース１とアウター・ケース２が長手方向に広がる広い領域にわたって互いに明白に間隔を取っている。インナー・ケース１の末端領域４、５においてのみ、インナー・ケース１とアウター・ケース２の結合が存在する。したがって両者の最適化を、広範囲にわたって別個に行うことができる。しかもインナー・ケース１は分離可能な結合を介してアウター・ケース２と結合されており、アウター・ケース２の輪郭はくびれを持たないので、インナー・ケース１は磨耗したら交換でき、その際推進装置のそのほかの磨耗しにくいコンポーネントは残して再使用できる。したがってインナー・ケース１の磨耗によって当初使用できなくなった推進装置も、インナー・ケース１を単純に交換することにより、ふたたび運転可能とすることができる。これにより推進装置の寿命を簡単かつ安価な方法で延長できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、製造ができるだけ簡単で、特に個々のユニットの最適化のために、僅かな手間ですむロケット推進装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロケット推進装置の断面図である。
【符号の説明】
１ インナー・ケース
２ アウター・ケース
３ インジェクション・ヘッド
４ 末端領域
５ 末端領域
６ 燃焼室
７ 冷却材供給路
８ 膨張ノズル
９ 燃焼室スロート部

Claims (8)

1. アウター・ケースとインナー・ケースとを備え、インナー・ケースがアウター・ケースに対して間隔を取って配置され、インナー・ケースが燃焼室を形成し、燃焼室からの推進剤噴出に適合された輪郭を備え、燃焼室スロート部を形成するためのくびれを有する、ロケット推進装置において、
   アウター・ケースがインナー・ケースの輪郭と差異がある輪郭を備えており、インナー・ケースとアウター・ケースがインナー・ケースの末端領域でのみ互いに結合されており、インナー・ケースが、上流側の末端領域では長手方向に移動可能となるようにアウター・ケースに取り付けられ、下流側の開口している末端領域ではアウター・ケースと固定的に結合されることを特徴とする、ロケット推進装置。
2. インナー・ケースが交換可能に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のロケット推進装置。
3. インナー・ケースの燃料室スロート部の下流の領域において、アウター・ケースの輪郭がインナー・ケースの輪郭に近似することを特徴とする、請求項１または２に記載のロケット推進装置。
4. アウター・ケースは、アウター・ケースとインナー・ケースとの間の間隔が、インジェクション・ヘッドから燃焼室スロート部に向かって連続的に大きくなるように、インナー・ケースの輪郭と差異がある輪郭を備えていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のロケット推進装置。
5. アウター・ケースがほぼパイプ状の輪郭を持つことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のロケット推進装置。
6. アウター・ケースが燃焼室の開口している方の末端領域で広がることを特徴とする、請求項５に記載のロケット推進装置。
7. インナー・ケースが冷却系統を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のロケット推進装置。
8. インナー・ケースが高耐熱材料製、とくにセラミックス製であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のロケット推進装置。

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