JP4993646B2

JP4993646B2 - 燃焼器

Info

Publication number: JP4993646B2
Application number: JP2000038078A
Authority: JP
Inventors: 政人立川
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JP2001220283A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本体内で火薬を燃焼させ、この燃焼ガスを本体の一端部に設けられたノズル口より外部に噴出させる燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の燃焼器１を示す。例えばこの燃焼器１は、後述するようにロケット本体用の点火装置として用いられる。ほぼ円筒状のステンレスで成る本体２の内周壁に沿って断熱材９が設けられ、この内側に火薬４が内蔵されている。本体２の一端は開口端となっており、ここに閉塞部材６がシールリング１６を介して本体２の開口を閉塞すべく螺着されている。すなわち、閉塞部材６の一端部にはねじが形成されており、これと本体２の開口端内壁に形成されたねじと螺着されている。閉塞部材６には、アルミニウムシール１１ｂ、１１ｃによって封をされた空間６ｂが形成され、この中に補助点火薬（ボロン硝石）３が収納されている。また、閉塞部材６にはイニシエータ５が取り付けられ、更に燃焼試験時の内圧をモニタするために圧力検出孔６ａが形成され、これに圧力検出手段７が接続されている。
【０００３】
本体２の他端側には、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic ; 炭素繊維強化プラスチック）で成るノズル口形成ブロック１２が配設されており、これを貫通してノズル口１２ａが形成されている。ノズル口形成ブロック１２は位置決め部材１７により本体２に対して位置決めされており、ノズル口１２ａと本体２に形成された開口２ａとが整列されている。また、ノズル口１２ａの本体内部側にはアルミニウムシール１１ａが貼られて内部にゴミや水分が侵入するのを防いでいる。
【０００４】
火薬４の側面図を図６に、断面図を図７に示す。火薬４は燃焼器１の本体２の軸方向に延びる棒状であり、断面は星形形状である。火薬４はその両端の突出部４ｂをゴムで成るリング状のホルダー８と、繊維強化プラスチックで成るリング状のスペーサ１０とで挟み込んで本体２内で保持されている。
【０００５】
従来の燃焼器１は以上のように構成され、次にこの作用について説明する。
【０００６】
イニシエータ５の作動により、補助点火薬３を点火して燃焼させて、この燃焼ガスでアルミニウムシール１１ｃは破られ火薬４が点火される。火薬４の燃焼により発生した高温高圧の燃焼ガスはアルミニウムシール１１ａを破って、ノズル口１２ａより本体２の開口２ａを介して外部に噴出される。
【０００７】
燃焼器１は図１０に示されるように、ほぼ円筒状のロケット本体１３の一端部に外付けされており、ノズル口１２ａより噴出された燃焼ガスは、ロケット本体１３内に内蔵された中空形状の推進薬１４を点火させる。推進薬１４は内表面から燃焼していき、ロケット本体１３の他端部に形成されたノズル口１５から燃焼ガスを噴出させて推進力を発生する。すなわち、燃焼器１は点火装置として用いられる。
【０００８】
なお、図５で示される圧力検出手段７は、点火装置としての燃焼器１をロケット本体１３に接続させずに、火薬４を燃焼させてその燃焼ガスをノズル口１２ａより噴出させた状態での燃焼試験時の本体２内の圧力を検出するためのものである。よって、燃焼器１をロケット本体１３に取り付けるときには、圧力検出手段７は取り外され、圧力検出孔６ａは栓部材で塞がれる。
【０００９】
また、図１０では、点火装置としての燃焼器１がロケット本体１３の一端面の中央部に取り付けられ、ノズル口１２ａはロケット本体１３の軸方向に関して水平に形成されているが、燃焼器１がロケット本体１３の一端面の縁部に取り付けられる場合には、噴出ガスを推進薬１４の径中心へと向けるようにノズル口１２ａを斜めに形成するようにする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼器１における火薬４の燃焼時の形状の変化を図８及び図９に示す。火薬４はその突出部４ｂの表面から燃焼していき、従って燃焼が進むと図９に示すように芯部４ａのみの形状となる。このような形状になると火薬４はホルダー８及びスペーサ１０による保持を受けず、本体２内で燃焼しながら動きまわり、芯部４ａの径はノズル口１２ａの径より大きいためノズル口１２ａを閉塞してしまうことが起こる。あるいは、図８に示すような形状でも燃焼中に火薬４が砕けて、その破片が塊となり、この塊がノズル口１２ａの径より大きい場合ノズル口１２ａを詰まらせることもある。
【００１１】
図１１は、燃焼器１をロケットに接続せずに、火薬４を燃焼させてノズル口１２ａより燃焼ガスを噴出させた状態で、圧力検出孔６ａを介して圧力検出手段７により本体内圧を検出した燃焼試験の結果を示す。縦軸は本体２内の圧力、横軸は時間である。図において符号Ａで示されるように燃焼中に内圧が急激に上昇して異常に高くなっている。これは、上述したように火薬４がノズル口１２ａを閉塞してしまったために生じたものである。この内圧の異常な上昇は燃焼を不安定にし、場合によっては燃焼器１が破裂してしまう。
【００１２】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、燃焼中、火薬によってノズル口が塞がれることがなく、内圧の異常な上昇を起こすことのない燃焼器を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するにあたり本発明では、燃焼器本体内に内蔵された火薬と、本体の一端部に設けられたノズル口との間に、複数個の貫通孔が形成された有孔板を配設し、火薬の燃焼により発生する燃焼ガスを貫通孔を介してノズル口から外部に噴出させるようにしている。従って、燃焼中に火薬が貫通孔のどれか１つを閉塞してしまっても、燃焼ガスは他の貫通孔を抜けてノズル口から噴出されるので内圧の急上昇を引き起こすことがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図５に対応する部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態の燃焼器２１を示す。図５に示された従来の燃焼器１と同様、本実施の形態の燃焼器２１もロケットの推進薬の点火装置として用いられる。従来と同様、ほぼ円筒状のステンレスで成る本体２の内周壁に沿って断熱材９が設けられ、この内側に火薬４が内蔵されている。本体２の一端は開口端となっており、ここにイニシエータ５と補助点火薬３が備えられた閉塞部材６がシールリング１６を介して本体２の開口を閉塞すべく螺着されている。
【００１６】
本体２の他端側には、炭素繊維強化プラスチックで成るノズル口形成ブロック１２’が配設されており、これを貫通してノズル口１２ａ’が形成されている。ノズル口形成ブロック１２’は位置決め部材１７により本体２に対して位置決めされており、ノズル口１２ａ’と本体２に形成された開口２ａとが整列されている。また、ノズル口１２ａ’の本体内部側にはアルミニウムシール１１ａが貼られて内部にゴミや水分が侵入するのを防いでいる。
【００１７】
更に本実施の形態では、火薬４とノズル口形成ブロック１２’との間に、複数個の貫通孔２２ａが形成された有孔板２２が配設されている。有孔板２２はその貫通孔２２ａの軸方向を火薬４の軸方向と一致させて配設されている。火薬４側とノズル口１２’側とは貫通孔２２ａのみを介して通じている。
【００１８】
有孔板２２を図２及び図３に示す。図３は有孔板２２の（図２における［３］−［３］線方向から見た）正面図を示し、図２は図３における［２］−［２］線方向の断面図である。有孔板２２は炭素繊維強化プラスチックで成り、円板形状で直径５９ｍｍ、厚さ９．５ｍｍである。貫通孔２２ａの直径は８ｍｍであり、これが円周方向に６個形成されている。
【００１９】
本実施の形態による点火装置としての燃焼器２１は以上のように構成され、次にこの作用について説明する。
【００２０】
イニシエータ５に電気信号を与えこのイニシエータ５の作動により、補助点火薬３を点火して燃焼させて、この燃焼ガスでアルミニウムシール１１ｃは破られ火薬４が点火される。火薬４の燃焼により発生した燃焼ガスは、有孔板２２の貫通孔２２ａを通り抜けてアルミニウムシール１１ａを破って、ノズル口１２ａ’より本体２の開口２ａを介して外部に噴出される。
【００２１】
そして、燃焼器２１は、図１０に示される従来の燃焼器１と同様、ロケット本体１３の一端部に外付けされており、ノズル口１２ａ’より噴出された燃焼ガスは、ロケット本体１３内に内蔵された中空形状の推進薬１４を点火させる。推進薬１４は内表面から燃焼していき、ロケット本体１３の他端部に形成されたノズル口１５から燃焼ガスを噴出させて推進力を発生する。
【００２２】
本実施の形態の燃焼器２１では内圧の異常な上昇は見られなかった。これは火薬４とノズル口１２ａ’との間に上述の有孔板２２を設けたことにより、複数の貫通孔２２ａのうち何れかで詰まりを起こしても、燃焼ガスはその他の貫通孔２２ａを抜けてノズル口１２ａ’から噴出される。また、本実施の形態では貫通孔２２ａの直径は８ｍｍであり、ノズル口１２ａ’の直径は９ｍｍであり、貫通孔２２ａの直径をノズル口１２ａ’の直径より小さくしている。よって、芯部４ａのみとなった、あるいは砕けたものが塊となった火薬４が貫通孔２２ａで詰まらずに通り抜けてしまっても、貫通孔２２ａより大きな径のノズル口１２ａ’でも当然詰まらずに通り抜ける。従って、ノズル口１２ａ’は閉塞されることなく本体内部におけるガス圧力の異常な急上昇を起こすことがない。
【００２３】
また、ノズル口１２ａ’より噴出されるガス圧力はノズル口１２ａ’の断面積の大きさで決めているので、有孔板２２に形成された貫通孔２２ａ全ての断面積の総和がノズル口１２ａ’の断面積より小さいと、有孔板２２で噴出ガス圧を決めてしまうことになる。従って、有孔板２２に形成された全ての貫通孔２２ａについての総断面積をノズル口１２ａ’の断面積より大きくしている。
【００２４】
また、燃焼時、内部の温度は約２０００℃〜３０００℃に上昇し、有孔板２２が例えば金属製であると溶けてしまう。しかし、本実施の形態による有孔板２２は炭素繊維強化プラスチックで成るので十分な耐熱性を有している。炭素繊維強化プラスチックとは、例えば炭素繊維で編んだ布を複数枚積層し樹脂で固めたものである。
【００２５】
なお、有孔板２２は、図５で示される従来におけるスペーサ１０の役割も兼ねており、すなわち火薬４の一端部を受けてホルダー８と共に火薬４を保持している。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２７】
上記実施の形態では、図３に示されるように有孔板２２には直径８ｍｍの貫通孔２２ａを６個形成したが、これは火薬４の種類、形状、量などに応じて変更され、例えば図４に示すように直径５ｍｍの貫通孔２３ａを１０個形成した有孔板２３であってもよい。また、貫通孔の断面形状も円形に限らず例えば方形でもよい。すなわち、少なくとも２つ以上の貫通孔を形成し、その孔径はノズル口の径よりも小さく、かつ全ての孔の断面積の総和はノズル口の断面積より大きいという条件を満たしていればよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、燃焼器２１をロケットの推進薬を点火するための点火装置として用いたが、これに限らず推進薬以外の火薬の点火装置、あるいは点火装置としてではなく、ノズル口１２ａ’より噴出される燃焼ガスをその他の用途に利用するようにしてもよい。
【００２９】
また、アルミニウムシール１１ａは、本体２の表面に開口２ａを塞ぐようにして貼り付けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の燃焼器によれば、燃焼時に火薬がノズル口を閉塞することなく、よって本体内部の圧力の急上昇による不安定な燃焼や本体の破裂を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による燃焼器（点火装置）の断面図である。
【図２】本発明に係る有孔板の図３における［２］−［２］線方向の断面図である。
【図３】同有孔板の図２における［３］−［３］線方向の正面図である。
【図４】変形例の有孔板の図３と同様な正面図である。
【図５】従来の燃焼器（点火装置）の断面図である。
【図６】火薬の側面図である。
【図７】図６における［７］−［７］線方向の断面図である。
【図８】図７に示される火薬の燃焼時の形状変化を示す断面図である。
【図９】更に燃焼が進んだ状態の図８と同様な断面図である。
【図１０】燃焼器（点火装置）が取り付けられたロケットの断面図である。
【図１１】従来の燃焼器における火薬燃焼時の本体内部の圧力の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
２本体
３補助点火薬
４火薬
５イニシエータ
８火薬ホルダー
１１Ａｌシール
１２ａノズル口
１３ロケット本体
１４推進薬
２１燃焼器
２２有孔板
２２ａ貫通孔
２３有孔板
２３ａ貫通孔

Claims

火薬を内蔵する本体と、該本体の一端部に前記火薬の燃焼ガスを外部に噴出させる１つのノズル口を備えた燃焼器において、
前記ノズル口が形成されたノズル口形成ブロックと、
前記火薬と前記ノズル口との間に配設され、前記ノズル口の直径より小さい直径の貫通孔を複数個有する一枚の有孔板と、
前記本体内に有するホルダーと
を具備し、
前記燃焼ガスを前記貫通孔を介して前記ノズル口から噴出させるようにし、
前記複数個の貫通孔全ての断面積の和は、前記ノズル口の断面積より大であり、
前記有孔板は、外周部分と当該外周部分の内側であって前記貫通孔が形成されている内側部分とを有し、
前記有孔板の外周部分は、前記火薬及び前記ノズル口形成ブロックとに接しており、前記有孔板の内側部分は、前記火薬及び前記ノズル口との間に空間を設けるように形成され、前記有孔板と前記ホルダーとで前記火薬を前記本体内に保持可能であることを特徴とする燃焼器。
請求項１に記載の燃焼器であって、
前記ノズル口は、推進薬を内蔵したロケット本体内部に接続され、前記ノズル口からの噴出ガスにより前記推進薬を点火するようにしたことを特徴とする燃焼器。
請求項１又は請求項２に記載の燃焼器であって、
前記有孔板は炭素繊維強化プラスチックで成ることを特徴とする燃焼器。