JP4180154B2 - 推進装置用の固体推進薬及び推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進装置用の固体推進薬とかかる固体推進薬を備えた推進装置とに関し、特に、それに限られるという訳ではないが、宇宙ロケットの大型推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙打ち上げシステムは、一般に宇宙技術で「ブースターロケット」として知られている、大型固体推進薬推進装置を備えている。これらのブースターロケットは、打ち上げシステムに応じて、１０トン〜数百トンまでの色々な大きさがある。
【０００３】
実際、ロケットは、このロケットの飛行径路の第一部分の間、高レベルの推力を必要とし、現在の所、必要な知識と設備投資のある固体推進薬がこの要求を満たすための最も経済的な手段である。
【０００４】
最大の推進装置は、一般に、必要な投資額を制限するため、複数片（区分）から形成されている。例えば、大型推進装置は、三個の区分、即ち一個の３０トン級小型区分及び二個の１００トン級大型区分、あるいは各々がほぼ等しい質量（約１２５トン）を有する四つの区分から構成されることが知られている。
【０００５】
また、大型推進装置の推力原理は、ロケット全体を最適化しようとする複雑な寸法に関係し、これにより、常に高い初期推力レベルがもたらされ、それに続いて大抵隙間が設けられており、この隙間を設けた目的は、高レベルの熱／機械負荷と、この負荷を制御するための厳しい操縦条件とをもたらすロケットの過度動圧を回避するためである。
【０００６】
固体ロケットエンジンの燃焼は、平行層で行われ、推力原理の詳細に準じる唯一の手段は、強燃焼領域を有する適切な初期装薬形状を製造することである。実際問題として、飛行経路の第一部分で要求される高レベル出力は、所定時間後に消滅する特性を有する特別な断面形状、例えば星型の形状によって得られる。
【０００７】
総ての大きく区分された推進装置において、この特別な断面形状は、エンジンの前方（作動ポジションにおける上部）に位置している。この形状には、二個の代替実施形態があり、特に星型断面を有するものは；
工業規格においてこの形状をより簡単に製造するために、特別な小型区分が形成される（単一操作における鋳型からの除去）が、これは性能損失（不均一な区分により、少なくとも一個の追加区分を製造する必要がある）であり、
この形状は、鋳造した後、複数片に分解しなければならないコア部を必要とし、再発費用を増加させる原因となる。
【０００８】
大型「一体式」推進装置も知られており、これは、軍事推進用に開発された最新技術から来ており、これらの特別な断面形状は、後方に置かれている。しかしながら、現在開発されている最大の「一体式」推進装置は、６０トンを超えない。
【０００９】
【発明の目的】
従って、本発明の目的は、独創的な方法で設計された固体推進薬により、従来の推進装置の上記不利益を回避することである。
【００１０】
【発明の概要】
この目的を達成するため、推進装置用の固体推進薬であって、該推進装置は、縦軸線を有する細長本体の形状をした、該固体推進薬を包含するケースを備えており、前記固体推進薬は、該本体の縦方向の一部分に亙って強燃焼領域の固体推進薬形状を有すると共に、各々相互に対峙する面を備えた相互に隣接する少なくとも二個の区分へ前記縦軸線に沿って細分化されていて、さらに、前記推進装置は、ノズルと前記固体推進薬の点火手段とを備えており、本発明に従う固体推進薬は、強燃焼領域の前記固体推進薬形状が前記固体推進薬の前記縦軸線に沿った中間部に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
強燃焼領域の固体推進薬形状を前方から該固体推進薬の中間部の方へ移動させることにより、高推進薬充填率が得られ、後方底部におけるアルミナの堆積が減り、そして低推力の大きな進歩が得られるため、性能が良くなる。また、固体推進薬のほぼ「中間に」設けられたかかる固体推進薬形状は、どんな大型固体推進薬推進装置にも内在する推力振動を減衰させることができる結節キャビティ（nodal cavity）を形成し、特に、前記推力振動を増幅させようとする前方（反節点（antinodal））キャビティの生成を制限する。さらに、多すぎる直径接続により複雑になりがちである複合構造の使用が容易になる。
【００１２】
上記定義の範囲内において、強燃焼領域の固体推進薬形状は、この固体推進薬の異なる位置に都合よく配設することができる。従って、強燃焼領域の固体推進薬形状は、この固体推進薬の前方区分の後方部分に配設することができ、強燃焼領域の固体推進薬形状は、この固体推進薬の後方区分の前方部分に配設することができ、あるいは、強燃焼領域の固体推進薬形状は、前方区分の後方部分と後方区分の前方部分とに配分することもできる。
【００１３】
後者の場合、三個の区分を有する固体推進薬に関し、中央区分は、前記前方及び後方区分の間に配置され、そして前記前方及び後方区分は、二個の区分の場合も、三個の区分の場合も、どちらも同一であるのが好ましい。
【００１４】
また、三個の区分を有する固体推進薬の場合には、強燃焼領域の固体推進薬形状は、中央区分の後方部分に配設され、前記装薬の前方及び後方区分は、同一であることが好ましい。
【００１５】
より具体的には、強燃焼領域の固体推進薬形状は、この形状を配置させるための二個の禁止地帯の間において、前記固体推進薬全長の少なくとも９分の１から多くて半分に亙って配設することができる。二個の禁止地帯は、固体推進薬全長の約６分の１に亙る装薬の前方及び後方に伸びている。さらに、強燃焼領域の固体推進薬形状は、固体推進薬の単一の区分あるいは多くて二個の区分に設けられ、各々の区分において、強燃焼領域の固体推進薬形状が設けられた所は、該区分の多くて半分、好ましくは３分の１を占有し、該区分の一端部のみ開放されている。
【００１６】
二個あるいは三個の区分を備える装薬に関し、もし強燃焼領域の固体推進薬形状が該装薬の前方で区分に配設されていたら、該形状は、前記前方区分の後方にあり、もし強燃焼領域の固体推進薬形状が該装薬の後方で区分に配設されていたら、該形状は、前記後方区分の前方にある。
【００１７】
三個の区分を備える装薬に関し、強燃焼領域の固体推進薬形状が該装薬の中央区分に配設されている時、強燃焼領域の固体推進薬形状は、該中央区分の後方にある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照しながら、本発明のどのように実施するかを詳細に説明する。これらの図において、同一の参照符号は、同様の構成要素を指す。
【００１９】
図１に示した推進装置１は、特に宇宙ロケット用の大型推進装置であるが、これは、縦軸線X−Xを有する細長本体の形状をした、固体推進薬（solid propellant charge）３を包含するケース２を備える。この固体推進薬３は、その縦方向の一部分に亙って、上述した理由のために、強燃焼領域の固体推進薬形状４を有し、そしてこの実施形態においては、縦軸線X−Xに沿って、各々相互に対峙する面を備えた相互に隣接する二個の区分３A及び３Bに細分されている。
【００２０】
推進装置１は、さらに、この推進装置の後方端部にノズル５と、推進装置１の前方端に配設された固体推進薬３の点火手段６とを備えている。ノズル５及び点火手段６の位置に関して推進装置の「前方」及び「後方」端の上記限定に照らし、前方端に最も近い装薬区分は、以下、装薬の「前方」区分と称し、後方端に最も近い区分は、「後方」区分と称する。
【００２１】
特に、本発明に従って、固体推進薬形状４は、図４A〜４Dに示すように、異なる断面模様を有することができる。これらの図において、図４Aは、星型模様７Aを示し、図４Bは、ワゴンホイール（wagonwheel）形状の模様７Bを示し、図４Cは、所謂「フィノクル（finocyl）」模様７Cを示し、そして図４Dは、所謂「トランペット（trumpet）」模様７Dを示している。これらの模様は、この技術分野において周知であり、それゆえ本発明の一部を構成するものではない。
【００２２】
固体推進薬３の異なる実施形態、即ち、図２A〜２Dには二個の区分の装薬３A及び３Bが、図３A〜３Eには三個の区分の装薬３A、３B及び３Cが示されている。
【００２３】
図２Aにおいて、強燃焼領域の固体推進薬形状４は、前方区分３Aの後方部に配設されている。図２Bにおいて、この固体推進薬形状４は、後方区分３Bの前方部に配設されている。図３Cにおいて（図１のように）この固体推進薬形状４は、前方区分３Aの後方部と、後方区分３Bの前方部とに、固体推進薬形状４A及び４Bに配分されている。図２Dは、図２Cと同様に、固体推進薬３が二個の同一区分を形成（且つ、もちろん、お互いに対称に配置）している点が示されており、従って、製造コストが減少する。
【００２４】
図３Aにおいて、強燃焼領域の固体推進薬形状４は、前方区分３Aの後方部に配設されている。図３Bにおいて、固体推進薬形状４は、中央区分３Cの後方部に配設されている。図３Cにおいて、固体推進薬形状４は、後方区分３Bの前方部に配設されている。図３Dは、図３Bに示した装薬３の変形実施形態を示しており、その変形において、二個の前方及び後方区分３A及び３Bは、製造コストを減らすため、同一に成形されている。また、図３Eにおいて、固体推進薬形状４は、前方区分３Aの後方部と、後方区分３Bの前方部とに、固体推進薬形状４A及び４Bに配分されていて、その間に「通常の」中央区分３Cが配置されている。
【００２５】
本発明により、最小限のほぼ等しい区分（もし適当なら、同一の区分）を製造することが可能となり、一方総括的に分解可能なコア部を有することにより、無用な質量源である接続の数を最小にすることができると共に、製造コスト及び投資コストを減少することができ、従って、もし複合構造を使用しなければならない場合に、複合材料の使用状態を最適化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う固体推進薬を有する大型推進装置の一実施形態を示す、一部破断概要図である。
【図２】 （A）〜（D）は、二個の区分を備える、本発明に従う固体推進薬の各々異なる実施形態を示す概要図である。
【図３】 （A）〜（E）は、三個の区分を備える、本発明に従う固体推進薬の各々異なる実施形態を示す概要図である。
【図４】 （A）〜（D）は、各々異なる固体推進薬模様を示す、大型推進装置の断面図である。
【符号の説明】
１…推進装置、２…ケース、３…固体推進薬、３A…前方区分、３B…後方区分、３C…中央区分、４，４A，４B…固体推進薬形状、５…ノズル、６…点火装置、７A…星型模様、７B…ワゴンホイール模様、７C…フィノクル模様、７D…トランペット模様。

Claims (13)

1. 推進装置（１）用の固体推進薬であって、
   該固体推進薬（３）を包含するケース（２）と、
   ノズル（５）と、
   該固体推進薬（３）の点火手段（６）とを備えており、
   該固体推進薬（３）は、縦軸線（ X − X ）を有する細長本体の形状を有し、且つ、各々相互に対峙する面を備えた相互に隣接する少なくとも二個の小型区分へ前記縦軸線（X−X）に沿って細分化されており、
   さらに、該固体推進薬（３）の前記縦軸線（X−X）に沿った中間部だけに、断面形状が星型形状の星型形状固体推進薬（４）を設けてなる推進装置用の固体推進薬。
2. 前記星型形状固体推進薬（４）は、前記固体推進薬（３）の前方区分（３A）の後方部に配設されている請求項１に記載の固体推進薬。
3. 前記星型形状固体推進薬（４）は、前記固体推進薬（３）の後方区分（３B）の前方部に配設されている請求項１に記載の固体推進薬。
4. 前記星型形状固体推進薬（４）は、前方区分（３A）の後方部と後方区分（３B）の前方部とに配分されている請求項１に記載の固体推進薬。
5. 三個の区分を有する固体推進薬（３）であって、中央区分（３C）は、前記前方区分（３A）と前記後方区分（３B）との間に配置されている請求項４に記載の固体推進薬。
6. 前記前方区分（３A）と前記後方区分（３B）とは、その形状がお互いに同一である請求項４に記載の固体推進薬。
7. 三個の区分を有する固体推進薬（３）であって、前記星型形状固体推進薬（４）は、中央区分（３C）の後方に配設されている請求項１に記載の固体推進薬。
8. 前記固体推進薬（３）の前方区分（３A）と後方区分（３B）とは、その形状がお互いに同一である請求項７に記載の固体推進薬。
9. 前記星型形状固体推進薬（４）は、前記固体推進薬（３）の単一の区分にあるいは多くて二個の区分に配設され、各々の前記区分において、前記星型形状固体推進薬が設けられた所は、該区分の多くて半分を占有し、該区分の一端部のみ開放している請求項１に記載の固体推進薬。
10. 二個あるいは三個の区分を備える固体推進薬に関し、もし前記星型形状固体推進薬が前記固体推進薬の前方において該区分に設けられていたら、前記星型形状固体推進薬は、前記前方区分の後方にあり、もし前記星型形状固体推進薬が前記固体推進薬の後方において該区分に設けられていたら、前記星型形状固体推進薬は、前記後方区分の前方にある請求項１に記載の固体推進薬。
11. 三個の区分を備える固体推進薬（３）に関し、前記星型形状固体推進薬（４）が前記固体推進薬の前記中央区分（３C)に設けられている時、前記星型形状固体推進薬は、前記中央区分の後方にある請求項１に記載の固体推進薬。
12. 縦方向の部分に亙って星型形状固体推進薬（４）を有する縦方向に区分された固体推進薬（３）を包含するケース（２）と、ノズル（５）と、点火手段（６）とを備え、前記固体推進薬（３）が請求項１に従って画成されているような型の推進装置。
13. 前記推進装置（１）は、宇宙ロケット用の大型推進装置である請求項１２に記載の推進装置。

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