JP4596413B2 - 燃焼器及び燃焼器の固体推進薬充填方法 - Google Patents

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本発明は、飛翔体の飛翔推力を得るラムロケット(ラムジェットと称することもある。)や固体ロケットモータの燃焼器に関するものである。
従来、上記した燃焼器としては、例えば、図3に部分的に示すように、略円筒状を成し周壁52aに空気導入用のポート52bを有するモータケース52と、このモータケース52の周壁52aの内面に貼付した断熱体53と、この断熱体53の内側に充填したブースタ推進薬(固体推進薬)54を備えたラムロケット用燃焼器51がある。
ポート52bの尾部側(図示右側)に位置する断熱体53には、全周にわたって連続するスリット53a(いわゆるリリーフブーツ)が設けてあって、断熱体53のスリット53aよりも内側に位置する推進薬側部分53bは、スリット53aよりも外側に位置するケース側部分53cに対して離間可能となっており、この推進薬側部分53bは、スラリー状のブースタ推進薬54をモータケース52に注入して成形する際の冷却時に、図3に仮想線で示すように、ブースタ推進薬54とともに移動して、この熱収縮により生じる熱応力を緩和するようになっている。
平成4年9月30日 丸善株式会社発行 第2版 航空宇宙工学便覧第932頁〜第933頁。
ところが、上記した従来のラムロケット用燃焼器51では、ポート52bの尾部側に位置する断熱体53、すなわち、断熱体53の中央部分において全周にわたって連続するスリット53aを設けるようにしているので、このスリット53aを設ける作業が簡単であるとは言い難いうえ、ブースタ推進薬54が燃焼を終了した後のラム燃焼時において、断熱体53のポート52bの尾部側に位置する推進薬側部分53bが、ポート52bからの空気の導入の妨げになって、ラム燃焼に悪影響を及ぼす可能性がないとは言えないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたものであって、製造時における作業性の向上を図ったうえで、固体推進薬の冷却時における熱収縮により生じる熱応力を確実に緩和することが可能である燃焼器及び燃焼器の固体推進薬充填方法を提供することを目的としている。
本発明に係る燃焼器は、略円筒状を成し周壁に空気導入用のポートを有するモータケースと、このモータケースの周壁内面に貼付した断熱体と、この断熱体の内側に充填した固体推進薬を備えたものであり、上記固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位に、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置するとともに、上記分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させ、かつ、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させたことを特徴としている。
本発明に係る燃焼器の固体推進薬充填方法は、燃焼器のモータケースに固体推進薬を充填するに際して、固体推進薬を充填する段階で固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位に、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置し、その応力緩和帯の分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させた状態で、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させつつモータケースの周壁内面に断熱体を貼付した後、上記断熱体の内側に固体推進薬を充填することを特徴としている。
本発明の燃焼器では、上記した構成としているので、製造時における作業性の向上を実現することができ、加えて、固体推進薬の冷却時における熱収縮により生じる熱応力を確実に緩和することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
本発明の燃焼器において、固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる部位の少なくとも軸心を挟んだ反対側の部位を中心にして、応力緩和部を周方向120°の範囲に配置することが望ましい。
また、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な分岐部分を有する応力緩和帯を応力緩和部として採用することができ、このように、応力緩和部を応力緩和帯とした場合には、応力緩和帯を周方向に沿って配置して、上記分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させると共に分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させるようにする。
上記した応力緩和部を応力緩和帯とした燃焼器のモータケースに固体推進薬を充填する際には、応力が特異となる部位の少なくとも軸心を挟んだ反対側の部位に応力緩和帯を配置し、この応力緩和帯の分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させた状態で、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させつつモータケースの周壁内面に断熱体を貼付した後、上記断熱体の内側に固体推進薬を充填する固体推進薬の充填方法を使用することができる。
以下、本発明を図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図1及び図2は本発明に係わる燃焼器の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わる燃焼器がラムロケットの燃焼器である場合を示す。
図1に部分的に示すように、この燃焼器1は、略円筒状を成し周壁2aに空気導入用のポート2bを有するモータケース2と、このモータケース2の周壁2aの内面に貼付した断熱体3と、この断熱体3の内側に充填したブースタ推進薬(固体推進薬)4を備えており、モータケース2には高張力鋼やチタン合金やGFRPが用いられ、断熱体3にはシリコーンゴムが用いられ、ブースタ推進薬4には例えばコンポジット系の推進薬が採用される。
上記断熱体3には、応力緩和部としての応力緩和帯10が設けてあり、この応力緩和帯10は、図2に示すように、ブースタ推進薬4を充填する段階で応力が特異となる上記ポート2bの周辺部位の少なくとも軸心Lを挟んだ反対側の部位Pに配置してあって、この実施例において、上記部位Pを中心にして周方向120°の範囲に配置してある。
この応力緩和帯10はアラミド樹脂やアスベストなどの短繊維を充填したゴム系の薄板材の積層構造体から成り、その厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリット11を介して互いに離間可能な分岐部分12を有しており、この応力緩和帯10を周方向に沿って配置した状態において、分岐部分12の一方側部分12Aをモータケース2の周壁2aの内面に接着させると共に分岐部分12の他方側部分12Bを断熱体3に接着させるようにしてある。
この燃焼器1のモータケース2にブースタ推進薬4を充填するに際しては、ブースタ推進薬4の充填段階で応力が特異となる上記ポート2bの周辺部位の軸心Lを挟んだ反対側の部位Pを中心にして周方向120°の範囲に応力緩和帯10を配置する。
次いで、この応力緩和帯10の分岐部分12の一方側部分12Aをモータケース2の周壁2aの内面に接着させた状態で、分岐部分12の他方側部分12Bを断熱体3に接着させつつモータケース2の周壁2aの内面に断熱体3を貼付した後、上記断熱体3の内側にブースタ推進薬4を充填する。
このブースタ推進薬4をモータケース2に注入して熱硬化させるダイレクトカスティング法によって成形する際の冷却時には、図1に仮想線で示すように、応力緩和帯10の分岐部分12の他方側部分12Bがブースタ推進薬4とともに移動して、この熱収縮により生じる熱応力を確実に緩和するようになっている。
つまり、上記した実施例の燃焼器1では、ブースタ推進薬4の冷却時における熱応力を緩和することができるのは勿論のこと、モータケース2の周壁2aの内面に断熱体3を貼付する段階において、モータケース2の周壁2aとの間に応力緩和帯10を挟み込ませるだけで、断熱体3にいわゆるリリーフブーツの機能を持たせることができることから、製造時における作業性の向上をも実現可能となる。
上記した実施例では、本発明に係わる燃焼器がラムロケットの燃焼器である場合を示したがこれに限定されるものではなく、固体ロケットの燃焼器であってもよい。つまり、本発明に係わる燃焼器は、固体推進薬の充填段階において、周方向の応力分布に特異性があるロケットモータに適用することが可能である。
本発明の燃焼器の一実施例を示す軸心に沿う方向の部分断面説明図である。(実施例1) 図1における燃焼器の軸心と直交する方向の部分断面説明図である。(実施例1) 従来の燃焼器を示す軸心に沿う方向の部分断面説明図である。
符号の説明
1 燃焼器
2 モータケース
2a モータケースの周壁
2b ポート
3 断熱体
4 ブースタ推進薬(固体推進薬)
10 応力緩和帯(応力緩和部)
11 スリット
12 分岐部分
12A 分岐部分の一方側部分
12B 分岐部分の他方側部分
L 軸心
P ポート周辺部位の軸心を挟んだ反対側の部位

Claims (4)

  1. 略円筒状を成し周壁に空気導入用のポートを有するモータケースと、このモータケースの周壁内面に貼付した断熱体と、この断熱体の内側に充填した固体推進薬を備えた燃焼器において、
    上記固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位のみに、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置するとともに、
    上記分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させ、かつ、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させていることを特徴とする燃焼器。
  2. 略円筒状を成し周壁に空気導入用のポートを有するモータケースと、このモータケースの周壁内面に貼付した断熱体と、この断熱体の内側に充填した固体推進薬を備えた燃焼器において、
    上記固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位を中心とする周方向120°の範囲のみに、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置するとともに、
    上記分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させ、かつ、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させていることを特徴とする燃焼器。
  3. 請求項に記載した燃焼器のモータケースに固体推進薬を充填するに際して、固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位のみに、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置し、その応力緩和帯の分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させた状態で、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させつつモータケースの周壁内面に断熱体を貼付した後、上記断熱体の内側に固体推進薬を充填することを特徴とする燃焼器の固体推進薬充填方法。
  4. 請求項に記載した燃焼器のモータケースに固体推進薬を充填するに際して、固体推進薬を充填する段階で応力が特異となる空気導入用のポートのモータケースの軸心を挟んだ反対側の部位を中心とする周方向120°の範囲のみに、ベルト状を成し厚み方向の中央部で且つ長手方向に連続するスリットを介して互いに離間可能な2つの分岐部分を有する応力緩和帯を配置し、その応力緩和帯の分岐部分の一方側部分をモータケースの周壁内面に接着させた状態で、分岐部分の他方側部分を断熱体に接着させつつモータケースの周壁内面に断熱体を貼付した後、上記断熱体の内側に固体推進薬を充填することを特徴とする燃焼器の固体推進薬充填方法。
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