JP4338004B2

JP4338004B2 - ロケットモータのノズルカバー

Info

Publication number: JP4338004B2
Application number: JP2000074345A
Authority: JP
Inventors: 下淳山
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001263162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロケットモータのノズルを一時的に閉塞しておくのに用いられるロケットモータのノズルカバー（ノズルクロージャ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロケットモータのノズルカバーとしては、例えば図５および図６に示すようなものがあった。図５に尾部側を示すロケットモータ１００は、燃焼室１０１を形成するモータケース１０２の尾部内側にノズル１０３を設けたものであって、燃焼室１０１内に図示しない断熱材を介して固体推進薬１０４が装填してあると共に、尾部にノズルカバー１０５が装着してある。
【０００３】
ノズルカバー１０５は、薄い金属製の円盤であって、図６に示すように、中心から放射状に８本の破裂促進用溝部１０５Ａが形成してある。このノズルカバー１０５は、モータケース１０２の尾部端面との間にＯリング１０６を介装すると共に、モータケース１０２の尾部外周にねじ結合したリング状の固定具１０７により、ノズル１０３の開口部を気密的に閉塞した状態にして開口部の周縁すなわちモータケース１０２の尾部端面に固定してある。
【０００４】
上記ロケットモータ１００のノズルカバー１０５は、燃焼室１０１内に塵埃等が侵入するのを防止し且つ固体推進薬１０４の吸湿を防止して、ロケットモータ１００の長期保存性を高める働きをする。そして、固体推進薬１０４に点火した際には、燃焼室１０１内を初期燃焼圧力まで高める働きをし、その後、燃焼室１０１内の圧力が高まると、その圧力により溝部１０５Ａに破断が生じ、図５中に仮想線で示すように花弁状に破裂変形する。これにより、ロケットモータ１００は、ノズル１０３から燃焼ガスを噴出して飛翔を開始する。
【０００５】
なお、ロケットモータのノズルカバーは、図５および図６に示すもののほか、例えば特公平６−５６１３７号公報に開示されているものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来のノズルカバー１０５にあっては、燃焼室１０１内の圧力で花弁状に破裂変形した際、変形した部分がノズル１０３から噴出する高温の燃焼ガスと接触して溶融し、その一部が破損する恐れがあるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００７】
なお、ノズルカバーの破損防止対策としては、例えば、早期に破裂し得るように溝部をより深く形成したり、溶融し難くするために板厚を大きくしたりすることが考えられる。ところが、溝部を深くすると、ロケットモータへの装着時や輸送時の衝撃でノズルカバーが破損しやすくなるという不具合があり、また、板厚を大きくすると、ノズルカバーが変形し難くなるので、燃焼ガスとの接触時間が長くなって破損防止効果が充分に得られないと共に、変形した部分でノズルの開口部を狭めてしまう恐れがあるという不具合があった。そして、この種のノズルカバーでは、非常に高い加工精度が要求されるうえに、溝部の深さや板厚を決定するために燃焼試験を繰り返し行う必要があるので、開発の手間やコストの面から見ても溝部の深さや板厚を設定し直すことは好ましくなかった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、ロケットモータのノズルの開口部を閉塞した状態にして開口部の周縁に固定され、ロケットモータの燃焼圧力により中央部が破裂するノズルカバーにおいて、簡単な構造で破裂後の破損を確実に防止することができるロケットモータのノズルカバーを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるロケットモータのノズルカバーは、請求項１として、ロケットモータのノズルの開口部を閉塞した状態にして開口部の周縁に固定され、ロケットモータの燃焼圧力により中央部が破裂するノズルカバーにおいて、カバー本体が、少なくとも開口部に対向する面に弾性を有する熱保護部材を備えている構成とし、請求項２として、熱保護部材が、燃焼ガスの熱によりアブレーションガスを発生する部材である構成とし、請求項３として、カバー本体が、中心から放射状に破裂促進用の溝部を備えており、熱保護部材が、カバー本体の溝部に対応する位置に同じく破裂促進用の溝部を備えている構成とし、請求項４として、カバー本体が、開口部の周縁に対向する面に熱保護部材を備えている構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。なお、上記の構成において、熱保護部材には、その素材として樹脂やゴムを使用することができる。
【００１０】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるロケットモータのノズルカバーでは、ロケットモータのノズルの開口部を閉塞した状態にして開口部の周縁に固定されるカバー本体により、ロケットモータ内に塵埃や湿気が入り込むのを防止する機能と、ロケットモータ内の初期燃焼圧力を得る機能が得られる。そして、当該ノズルカバーでは、カバー本体が、少なくとも開口部に対向する中央部の面に弾性を有する熱保護部材を設けているので、ロケットモータ内の圧力によりカバー本体の中央部が破裂した際には、熱保護部材がカバー本体とともに破裂変形してノズルの中心線側に面する状態となり、この熱保護部材によってノズルから噴出する高温の燃焼ガスからカバー本体を保護し、カバー本体の溶融および破損を防止する。
【００１１】
本発明の請求項２に係わるロケットモータのノズルカバーでは、熱保護部材として、燃焼ガスの熱によりアブレーションガスを発生する部材すなわちアブレーション材を用いているので、ロケットモータ内の圧力により破裂した際には、アブレーションガスによる自己冷却機能で高温の燃焼ガスからカバー本体をより確実に保護する。
【００１２】
本発明の請求項３に係わるロケットモータのノズルカバーでは、カバー本体および熱保護部材が、中心から放射状に破裂促進用の溝部を備えており、且つ互いの溝部の位置を一致させているので、ロケットモータ内の圧力により破裂した際には、カバー本体および熱保護部材がいずれも溝部で破断して花弁状に変形することとなり、このような破断部分の一致により、変形したカバー本体におけるノズルの中心線側の全面が熱保護部材で確実に覆われた状態になる。
【００１３】
本発明の請求項４に係わるロケットモータのノズルカバーでは、熱保護部材が弾性を有するものであり、カバー本体が、開口部の周縁に対向する外周部の面に熱保護部材を備えているので、当該カバー本体を開口部の周縁に固定した際に、熱保護部材がシール材の役目を果たすこととなり、別のシール材を用いることなくロケットモータ内の気密性を確保し得ることとなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるロケットモータのノズルカバーによれば、ロケットモータのノズルの開口部を閉塞した状態にして開口部の周縁に固定されるカバー本体により、ロケットモータ内に塵埃や湿気が入り込むのを防止する機能と、ロケットモータ内の初期燃焼圧力を得る機能を得ることができるうえに、ロケットモータ内の圧力により中央部を破裂させた際には、弾性を有する熱保護部材をカバー本体とともに変形させて、高温の燃焼ガスからカバー本体を保護することができ、カバー本体の溶融および破損を確実に防止することができる。また、カバー本体には既存のカバーを使用することも可能であるため、きわめて簡単で且つ比較的安価に実現し得る構造で、所定の強度を確保することができると共に、燃焼ガスの噴出に何ら影響の無い速やかな破裂変形を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係わるロケットモータのノズルカバーによれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、熱保護部材としてアブレーションガスを発生する部材を採用したことから、ロケットモータ内の圧力により破裂した際に、アブレーションガスによる自己冷却機能で高温の燃焼ガスからカバー本体をより確実に保護することができ、カバー本体の破損防止機能をより一層高めることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係わるロケットモータのノズルカバーによれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、カバー本体および熱保護部材に互いに一致する溝部を備えたことにより、ロケットモータ内の圧力により破裂した際に、カバー本体および熱保護部材を同一の破断部分で花弁状に変形させてカバー本体におけるノズルの中心線側の全面を熱保護部材で確実に保護することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係わるロケットモータのノズルカバーによれば、請求項１〜３と同様の効果を得ることができるうえに、弾性を有する熱保護部材をカバー本体の外周部に設けたことにより、当該カバー本体を開口部の周縁に固定した際に、熱保護部材を利用した簡単な構造でロケットモータ内の充分な気密性を容易に得ることができ、これにより、従来用いていたＯリングやＯリング装着部分の加工等が一切不要となって、ロケットモータの製造の手間やコストを減らすことができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わるロケットモータのノズルカバーの一実施例を説明する。
【００１９】
図１はロケットモータＲの尾部側を示す図であって、図示のロケットモータＲは、燃焼室１を形成する概略円筒状のモータケース２の尾部内側にノズル３が設けてある。ノズル３は、モータケース２との間に、尾部側への移動を規制する段部３Ａを有し、モータケース２に対して堅固に固定されている。燃焼室１には、図示しない断熱材を介して固体推進薬４が装填してあるほか、点火用のイグナイタ等が設けてある。そして、ロケットモータＲは、その尾部に、ノズル３の開口部（出口）を閉塞するノズルカバー５が装着してある。
【００２０】
ノズルカバー５は、モータケース２の直径よりもやや小さい薄い金属製の円盤から成るカバー本体１５を備えると共に、図２に示すように、カバー本体１５のノズル３側の全面に、弾性を有する熱保護部材２５を備えている。つまり、この実施例のノズルカバー５では、カバー本体１５に対して、ノズル３の開口部を閉塞する中央部の面、および開口部の周縁すなわちモータケース２の尾部端面に対応する外周部の面のいずれの面にも熱保護部材２５が設けてある。
【００２１】
熱保護部材２５は、樹脂やゴム等を素材とすると共に、固体推進薬４の燃焼ガスの熱によってアブレーションガスを発生する部材すなわちアブレーション材でもある。この熱保護部材２５は、その素材によってカバー本体１５に設ける手段を選択することが可能であり、別途成形した後にカバー本体１５に貼り付けるようにしても良いし、カバー本体１５に素材を塗布することで所定の厚さに成形するようにしても良い。
【００２２】
さらに、カバー本体１５および熱保護部材２５には、中心から放射状に破裂促進用の溝部１５Ａ，２５Ａが設けてある。つまり、カバー本体１５および熱保護部材２５は、溝部１５Ａ，２５Ａの部分で肉厚が小さいものとなっている。この実施例の溝部１５Ａ，２５Ａは、断面三角形を成し、各々８本が４５度間隔で設けてある。なお、各溝部１５Ａ，２５Ａは、カバー本体１５および熱保護部材２５の外周縁には達していない。したがって、カバー本体１５および熱保護部材２５の外周部分には、全周にわたって一定の肉厚が確保されている。そして、カバー本体１５および熱保護部材２５は、図２（ｃ）の断面に示す如く互いの溝部１５Ａ，２５Ａの位置を一致させた状態にしている。
【００２３】
そして、ノズルカバー５は、溝部１５Ａ，２５Ａをノズル３側に向けた状態にして、固定具６を介してモータケース２に取り付けられる。固定具６は、断面Ｌ形を成すリング状の部材であって、モータケース２の尾部外周に設けたおねじ部２Ａと螺合するめねじ部６Ａを有し、モータケース２の尾部端面との間でノズルカバー５の外周部を挟むようにして同モータケース２にねじ結合される。これにより、ノズルカバー５は、その中央部でロケットモータＲのノズル３の開口部を閉塞した状態にし、その外周部でモータケース２の尾部端面すなわちノズル３の開口部の周縁に固定される。
【００２４】
上記構成を備えたロケットモータＲのノズルカバー５は、燃焼室１内に塵埃等が侵入するのを防止し且つ固体推進薬４の吸湿を防止して、ロケットモータＲの長期保存性を高める働きをしており、このとき、熱保護部材２５が弾性を有するので、モータケース２の尾部端面と固定具６に挟まれた外周部全体において、熱保護部材２５により燃焼室１内の気密性を充分に確保し得るものとなっている。したがって、従来のノズルカバー（図５参照）のように、モータケース２の尾部端面とノズルカバー５との間にＯリングを設ける必要が無く、また、モータケース２にＯリング装着用の溝を形成するも無いので、その分ロケットモータＲの製造の手間やコストを減らすことが可能である。
【００２５】
さらに、当該ノズルカバー５は、ロケットモータＲの固体推進薬４に点火した際、ノズル３の開口部を気密的に閉塞することで燃焼室１内を初期燃焼圧力まで高める働きをし、燃焼室１内が所定の圧力以上になるとカバー本体１５および熱保護部材２５の溝部１５Ａ，２５Ａで破断が生じ、図３に示すように中央部が花弁状に破裂変形する。
【００２６】
このとき、ノズルカバー５は、弾性を有する熱保護部材２５がカバー本体１５とともに自在に変形してノズル３の中心線側に面する状態となり、しかも、カバー本体１５および熱保護部材２５の溝部１５Ａ，２５Ａが互いに同じ位置に設けてあるので双方の破断部分が一致し、変形したカバー本体１５におけるノズル３の中心線側の全面が熱保護部材２５で覆われた状態になる。したがって、後記するカバー本体１５の熱保護がより確実になる。さらに、ノズルカバー５は、各溝部１５Ａ，２５Ａがカバー本体１５および熱保護部材２５の外周縁には達していないので、外周部分に破断が及ぶことはなく、これによりモータケース２から離脱することはない。
【００２７】
上記の如くノズルカバー５が破裂変形すると、ノズル３から固体推進薬４の燃焼ガスが噴出し、ロケットモータＲが飛翔を開始する。このとき、ノズルカバー５は、図３中の矢印で示す高温の燃焼ガスにさらされることとなり、図４に示すように熱保護部材２５の一部が燃焼ガスの熱で溶融する。しかし、当該ノズルカバー５では、熱保護部材２５の溶融範囲がカバー本体１５に達することは無く、しかも、熱保護部材２５からはアブレーションガスが発生するので、その潜熱による冷却効果でカバー本体１５が高温の燃焼ガスから保護される。
【００２８】
このように、上記実施例で説明したノズルカバー５では、燃焼室１内の気密を保持する本来の機能を備えているうえに、カバー本体１５と熱保護部材２５によるきわめて簡単で且つ比較的安価に実現し得る構造で、金属製のカバー本体１５を高温の燃焼ガスから充分に保護し、カバー本体１５の溶融を防止し且つ破損を確実に防止することができる。
【００２９】
なお、本発明に係わるロケットモータのノズルカバーは、詳細な構成が上記実施例に限定されるものではなく、また、カバー本体および熱保護部材の素材や厚さはロケットモータの作動時間などに応じても適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるロケットモータのノズルカバーの一実施例を説明する断面図である。
【図２】図１に示すノズルカバーの側面図（ａ）、正面図（ｂ）および図ｂ中のＸ−Ｘ線矢視に基づく断面図（ｃ）である。
【図３】ノズルカバーが破裂した状態を説明する断面図である。
【図４】燃焼ガスにより熱保護部材が溶融した状態を示す拡大断面図である。
【図５】従来におけるロケットモータのノズルカバーの一実施例を説明する断面図である。
【図６】図５に示すノズルカバーの側面図（ａ）、正面図（ｂ）および図ｂ中のＸ−Ｘ線矢視に基づく断面図（ｃ）である。
【符号の説明】
Ｒロケットモータ
１ノズル
５ノズルカバー
１５カバー本体
１５Ａ溝部
２５熱保護部材
２５Ａ溝部

Claims

ロケットモータのノズルの開口部を閉塞した状態にして開口部の周縁に固定され、ロケットモータの燃焼圧力により中央部が破裂するノズルカバーにおいて、カバー本体が、少なくとも開口部に対向する面に弾性を有する熱保護部材を備えていることを特徴とするロケットモータのノズルカバー。
熱保護部材が、燃焼ガスの熱によりアブレーションガスを発生する部材であることを特徴とする請求項１に記載のロケットモータのノズルカバー。
カバー本体が、中心から放射状に破裂促進用の溝部を備えており、熱保護部材が、カバー本体の溝部に対応する位置に同じく破裂促進用の溝部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のロケットモータのノズルカバー。
カバー本体が、開口部の周縁に対向する面に熱保護部材を備えていることを特徴とする請求項１〜３に記載のロケットモータのノズルカバー。