JP5602106B2 - 燃焼ガス供給制御機構 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガス供給制御機構に関する。

飛しょう体の運用においては、終末誘導時に高機動性を有することが望まれる。その手段としては、ロケットモータをマルチパルス化し、終末誘導時に任意のパルスを作動させて飛しょう体を再加速する方法等が挙げられる。例えば２パルスロケットモータを搭載した飛しょう体の運用としては、１パルス目（第１推進薬の燃焼）で加速しターゲットに向かって飛しょうさせ、ターゲットに接近すると２パルス目（第２推進薬の燃焼）で再加速して終末誘導時の高機動性を確保する。従って、遠方のターゲットを狙う場合は、１パルス目に使用される第１推進薬の量を増やし、燃焼時間、推力のいずれか、または両方を大きく設定する必要がある。

しかし、例えば特許文献１（特許第３２３１７７８号公報）及び特許文献２（特開２００５−１７１９７０号公報）に記載された２パルスロケットモータの場合、第１推進薬及び第２推進薬がロケットモータの前後方向に配置されており、また、ロケットモータの長さは搭載あるいは収納上の制限があるため、第１推進薬の推進薬長さが充分に取れない可能性がある。その場合、初期燃焼面積が小さくなり必要な初期推力が得られない可能性がある。

また、特許文献１及び特許文献２に記載された２パルスロケットモータの隔膜及び隔膜の保持構造では、第２点火装置作動時の隔膜の破断性や残存性が不明瞭であり、隔膜が想定外の部位で破断した場合、第２推進薬の燃焼あるいは燃焼ガスの流れが阻害され、場合によっては、破断した隔膜によりノズルが塞がれる可能性がある。

また、特許文献２に記載された２パルスロケットモータのように第１点火装置及び第２点火装置が直列に配置されている場合、点火装置が片持ちの細長い構造となるため、運用時に遭遇する振動等の環境に対して点火装置の強度を確保するためには構造を強固にする必要があり構造重量が増加するため長尺のモータには不適である。

本願発明者は、特許文献３（特許第４７１９１８２号公報）において、上記特許文献１及び特許文献２に記載された技術の問題点を解決することができる２パルスロケットモータを提案している。以下、特許文献３に記載されている２パルスロケットモータについて説明する。

図１は、特許文献３に記載された２パルスロケットモータの一例を示す縦断面図である。図２は、図１中の線Ａ−Ａに沿った断面図である。

２パルスロケットモータは、第１推進薬４を燃焼し、その後、任意時間経過後に第２推進薬５を燃焼させて２段階の推力を発生させる。従って、第２推進薬５は燃焼を開始するまでの間、第１推進薬４の燃焼により発生する高温燃焼ガスや高圧力に耐える必要がある。

図１及び図２に示されるように、円筒状の圧力容器１の後方には、燃焼ガスを排出するための中央に噴射孔１２を有するノズル２が取り付けられている。圧力容器１の前方には、鏡板３が取り付けられており、鏡板３の前方には、第１推進薬４を燃焼させるための第１点火装置６が取り付けられている。

圧力容器１の内側には、内部が中空の筒状（内面燃焼型または内端面燃焼型の推進薬形状）の第１推進薬４と第２推進薬５が装填されており、第２推進薬５は第１推進薬４の前方外周部に配置されている。なお、第１推進薬４と第２推進薬５の形状は、中空の円筒状、外面及び／又は内面が多角形の中空の筒状、中空の円錐状等のものとすることができる。

第１推進薬４と第２推進薬５とは、隔膜１０により仕切られている。隔膜１０としては、ＥＰＤＭゴム、シリコーンゴム、ケブラ繊維などの無機繊維を含有するシリコーンゴムもしくはＥＰＤＭゴムなどの耐熱性に優れたゴムが適用可能である。

第２推進薬５の前端には、第２推進薬５を燃焼させるための第２点火装置８が設けられている。

図１及び図２に示された２パルスロケットモータの動作は、次の通りである。外部からの信号により第１点火装置６が作動し、第１推進薬４が燃焼を開始する。この時点では、隔膜１０は高温の燃焼ガスに曝されていない。そして、第１推進薬４が隔膜１０の位置まで燃焼した時点で、隔膜１０は高温の燃焼ガスに曝されることになる。第１推進薬４の燃焼が終了し、任意時間経過後に、外部からの信号により第２点火装置８が作動し、第２推進薬５が燃焼を開始する。

このように、図１及び図２で示された２パルスロケットモータによれば、第１推進薬４の内周面が圧力容器１の前後方向のほぼ全長に亘って燃焼領域１１に露出しているため、初期燃焼面積が確保できており、第１推進薬４の内周面に大きなスリットを設ける必要はない。

また、第２推進薬５は第１推進薬４の外周部に配置されているため、第２推進薬５の燃焼面積が第１推進薬４の燃焼面積よりも極端に小さくなることはなく、第１推進薬４のノズル２と共有化できる。

また、第１推進薬４の外周部に第２推進薬５を配置し、その間に隔膜１０を設けているため、隔膜１０が高温の燃焼ガスに曝される時間を極力短くすることができ、隔膜１０の耐熱保護が可能となる。

さらに、第２点火装置８は第２推進薬５と同様に隔膜１０により耐熱保護されており、且つ、作動により焼失するため、耐熱保護は不要である。

なお、第２推進薬５の初期燃焼面とは、第２推進薬５が燃焼を開始したときに初期段階から燃焼する面、即ち、第２推進薬５の燃焼時に最初に燃焼領域１１に暴露される面を意味する。図１の例では、第２推進薬５の初期燃焼面とは、第２推進薬５の内側の円筒状の内周面及び後方のリング状の後面である。

図３は、特許文献３に記載された２パルスロケットモータの他の例を示す縦断面図である。図４は、図３中の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

図３及び図４で示される例では、隔膜１０を２分割構造にして脆弱部（接合部）が設けられている。より詳細には、第２推進薬５を覆う隔膜１０は、第２推進薬５の後面に設けられた円錐台状の後側隔膜１０ａ、第２推進薬５の内周面に設けられた筒状の内側隔膜１０ｂにより構成されている。そして、後側隔膜１０ａと内側隔膜１０ｂが会合する端部は、全周囲に亘って耐火性の接着剤により接合されることで脆弱部となっている。その接合部は、第１推進薬４の燃焼中は破断せず、第２点火装置８の作動または第２推進薬５の燃焼による発生ガスの圧力により確実に破断する。

図５は、第２推進薬５の燃焼時の隔膜１０の変形状態を示す縦断面図である。図６Ａは、図５中の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。図６Ｂは、図５中の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。

第２推進薬５の燃焼時、隔膜１０の大部分を占める内側隔膜１０ｂは中央に向かって変形し、第２推進薬５の燃焼ガスによる流れが比較的緩やかな圧力容器前方部において保持される。また、後側隔膜１０ａの破断部は、燃焼ガスの流れに沿って後方にめくれるように変形する。従って、上記効果に加えて、隔膜１０（後側隔膜１０ａ、内側隔膜１０ｂ）の破断性と残存性が明瞭で確実になるという効果が得られる。

なお、隔膜１０を一体構造で製作し、破断させたい部位に切れ込みを設ける等も、２分割構造を接合する場合と同じ効果が得られる。

また、第２点火装置８は、隔膜１０（後側隔膜１０ａ、内側隔膜１０ｂ）の接合部に近い、第２推進薬５の後端面に設けられてもよい。その場合、隔膜１０（後側隔膜１０ａ、内側隔膜１０ｂ）の破断の確実性が更に高くなる。

なお、上記形態の２パルスモータであれば、第２点火装置８は隔膜１０を介して第１点火装置６とは構造が独立しているため、長尺のモータにおいても点火装置の構造を強固にして構造重量を増加させることなく、運用時に遭遇する振動等の環境に対して点火装置の強度を確保することが可能である。

特許第３２３１７７８号公報 特開２００５−１７１９７０号公報 特許第４７１９１８２号公報

飛しょう体の運用においては、終末誘導時に高機動性を確保する手段として、上記のようにロケットモータをマルチパルス化して飛しょう体を再加速する方法と、スラスタにより飛しょう体の軌道修正を行う方法とを同時に求められる場合がある。

ここで、スラスタとは、燃焼ガス噴射孔を有するノズルと、ノズルに対し燃焼ガスを遮断または供給する駆動部とを備え、ノズルは任意の方向に複数個配置されており、燃焼ガスを任意のノズルから任意の流量噴射することにより機体の軌道修正や姿勢制御を行う推進器である。

スラスタを飛しょう体に搭載する形態としては、ガスジェネレータと呼ばれる燃焼ガス発生器に取り付けて搭載する形態と、ロケットモータに直接取り付けて搭載する形態の２形態（仮に前者をスラスタ分離型，後者をスラスタ非分離型と呼ぶ）が考えられる。ロケットモータを燃焼終了後に切り離す運用の場合は、スラスタ分離型を採用すればよいが、ロケットモータを切り離さない運用の場合は、スラスタ分離型だと圧力容器を２つ持つことになり、構造重量が増えて飛しょう体の加速性能が悪くなるため、スラスタ非分離型を採用する必要性が出てくる。なお、飛しょう体の運用において、スラスタ非分離型の実施例はほとんどない。

スラスタ非分離型を採用する場合、ロケットモータに直接取り付けられたスラスタは、ロケットモータ内部で発生する燃焼ガスに非作動時も長時間晒されることになり、駆動部の気密性及び材料強度を確保するための耐熱保護構造が課題となる。

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、スラスタ非分離型のマルチパルスロケットモータ等において、必要なタイミングに燃焼ガスを所定の燃焼ガス噴射孔へ供給する燃焼ガス供給制御機構を提供することを目的とする。

以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の１つの観点において、燃焼ガス発生器における燃焼ガス供給制御機構が提供される。燃焼ガス発生器は、圧力容器（１１０）と、圧力容器（１１０）の内部に配置され、第１段パルス時に燃焼する第１推進薬（１２０−１）と、圧力容器（１１０）の内部に配置され、第１段パルスに続く第２段パルス時に燃焼する第２推進薬（１２０−２）と、圧力容器（１１０）の前方に取り付けられ、燃焼ガス噴射孔（２１５）を有する前部鏡板（２１０）と、圧力容器（１１０）の後方に取り付けられ、燃焼ガス噴射孔（３３０）を有する後部鏡板（３２０）と、を備える。燃焼ガス供給制御機構は、第１段パルス時に第１推進薬（１２０−１）の燃焼ガスが前部鏡板（２１０）の燃焼ガス噴射孔（２１５）に流入することを遮断し、第２段パルス時に第２推進薬（１２０−２）の燃焼ガスを前部鏡板（２１０）の燃焼ガス噴射孔（２１５）に供給する。

燃焼ガス供給制御機構は、圧力容器（１１０）の内部において第１推進薬（１２０−１）と第２推進薬（１２０−２）とを互いに分離するように配置された隔膜（１４０）を含んでもよい。隔膜（１４０）は、前部鏡板（２１０）の燃焼ガス噴射孔（２１５）を第２推進薬（１２０−２）側に配置し、第１推進薬（１２０−１）から分離する。

燃焼ガス供給制御機構は、隔膜保持構造（２３０）と隔膜（１４０）を含んでもよい。隔膜保持構造（２３０）は、圧力容器（１１０）の前方に配置され、燃焼ガス供給路（２４０）を通して圧力容器（１１０）の内部と前部鏡板（２１０）の燃焼ガス噴射孔（２１５）をつなぐ。隔膜（１４０）は、圧力容器（１１０）の内部において第１推進薬（１２０−１）と第２推進薬（１２０−２）とを互いに分離するように配置され、且つ、隔膜保持構造（２３０）に前端を保持された隔膜（１４０）とを含む。更に、隔膜（１４０）は、圧力容器（１１０）内部から燃焼ガス供給路（２４０）への供給孔を第２推進薬（１２０−２）側に配置し、第１推進薬（１２０−１）から分離する。

燃焼ガス供給制御機構において、隔膜（１４０）が第２段パルス時に破断することによって、第２推進薬（１２０−２）の燃焼ガスが前部鏡板（２１０）の燃焼ガス噴射孔（２１５）及び後部鏡板（３２０）の燃焼ガス噴射孔（３３０）の両方から排出されてもよい。

燃焼ガス供給制御機構は、第２推進薬（１２０−２）用の点火装置（２５０、１３０）を更に備えてもよい。その点火装置（２５０）は、燃焼ガス供給路（２４０）を通して第２推進薬（１２０−２）を点火するように配置されていてもよい。あるいは、その点火装置（１３０）は、第２推進薬（１２０−２）の端面に配置され、第２推進薬（１２０−２）の初期燃焼面全体と共に隔膜（１４０）によって覆われていてもよい。

本発明によれば、スラスタ非分離型のマルチパルスロケットモータ等において、必要なタイミングに燃焼ガスを所定の燃焼ガス噴射孔へ供給する燃焼ガス供給制御機構を簡易な構造で実現することが可能である。

図１は、特許第４７１９１８２号公報に記載された２パルスロケットモータの一例を示す縦断面図である。 図２は、図１中の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図３は、特許第４７１９１８２号公報に記載された２パルスロケットモータの他の例を示す縦断面図である。 図４は、図３中の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図５は、図３に示された構成における第２推進薬の燃焼時の隔膜の変形状態を示す縦断面図である。 図６Ａは、図５中の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図６Ｂは、図５中の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 図７は、本願発明者による未公開の先願（特願２０１１−１２８０３１）に記載されているマルチパルスロケットモータを示す概念図である。 図８は、図７に示されたマルチパルスロケットモータのユニット分割を示す縦断面図である。 図９は、図８に示されたマルチパルスロケットモータを構成する単体のパルスユニットの構造例を示す縦断面図である。 図１０は、図９中の破線で囲まれた部分の拡大図である。 図１１は、図８、図９に示されたパルスユニットを利用した２パルスロケットモータの構造例を示す縦断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器の構成例を概略的に示す縦断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器の構成例を概略的に示す縦断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器における燃焼ガス供給制御機構の機能を示す概念図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器の動作の一例を示す概念図である。 図１６は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器の動作の他の例を示す概念図である。 図１７は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器をスラスタ非分離型マルチパルスロケットモータに適用した場合の構成を示す概略図である。 図１８は、本発明の実施の形態に係る燃焼ガス発生器をマルチパルスガスジェネレータに適用した場合の構成を示す概略図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

上記の通り、本願発明者は、特許文献３（特許第４７１９１８２号公報）において、有用な２パルスロケットモータを提案している（図１〜図６Ｂを参照）。その特許文献３に開示されている内容は、参照により、本明細書に組み込まれる。

更に、本願発明者は、未公開の先願（特願２０１１−１２８０３１）において、特許文献３の内容を包含し、更にマルチパルスロケットモータの設計自由度及び製造性を向上させることができる技術を提案している。その未公開の先願に開示されている内容は、参照により、本明細書に組み込まれる。以下、まず、その未公開の先願に記載されているマルチパルスロケットモータについて説明する。

１．マルチパルスロケットモータ
未公開の先願（特願２０１１−１２８０３１）の基本的なコンセプトは、例えば特許文献３で示されたようなロケットモータにおいて、各パルスに相当する部分を“ユニット化”することである。ユニット化された各パルスに相当する部分は、以下「パルスユニット」と参照される。複数のパルスユニットを順番に連結することによって、特許文献３で示されたような２パルスロケットモータだけでなく、３パルス以上のロケットモータをも実現することができる。以下に説明するように、「パルスユニット」という概念を導入することにより、マルチパルスロケットモータの設計自由度及び製造性を向上させることが可能となる。

図７は、マルチパルスロケットモータを示す概念図である。マルチパルスロケットモータは、複数のパルスユニット１００、先頭ユニット２００、及びノズルユニット３００を備えている。複数のパルスユニット１００は、順番に連結（接続）されている。更に、順番に連結された複数のパルスユニット１００が、先頭ユニット２００とノズルユニット３００との間に挟まれている。図７に示される例では、後方（ノズルユニット３００側）から前方（先頭ユニット２００側）に向かって、ノズルユニット３００、第１パルスユニット１００−１、第２パルスユニット１００−２、第３パルスユニット１００−３、及び先頭ユニット２００が順番に連結されている。

図８は、図７で示されたマルチパルスロケットモータのユニット分割を示す縦断面図である。

第１パルスユニット１００−１は、第１段目のパルスに相当するパルスユニットである。この第１パルスユニット１００−１は、円筒状の圧力容器１１０と第１推進薬１２０−１とを備えている。第１推進薬１２０−１は、圧力容器１１０の内周面に装填されている。また、第１推進薬１２０−１の形状は、内面燃焼型または内端面燃焼型であり、内部が中空の筒状である。

第２パルスユニット１００−２は、第２段目のパルスに相当するパルスユニットである。この第２パルスユニット１００−２は、円筒状の圧力容器１１０と第２推進薬１２０−２とを備えている。第２推進薬１２０−２は、圧力容器１１０の内周面に装填されている。また、第２推進薬１２０−２の形状は、内面燃焼型または内端面燃焼型であり、内部が中空の筒状である。

第３パルスユニット１００−３は、第３段目のパルスに相当するパルスユニットである。この第３パルスユニット１００−３は、円筒状の圧力容器１１０と第３推進薬１２０−３とを備えている。第３推進薬１２０−３は、圧力容器１１０の内周面に装填されている。また、第３推進薬１２０−３の形状は、内面燃焼型または内端面燃焼型であり、内部が中空の筒状である。

先頭ユニット２００は、前部鏡板２１０と第１点火装置２２０を備えている。第１点火装置２２０は、第１推進薬１２０−１を燃焼させるための点火装置であるが、先頭ユニット２００の前部鏡板２１０に取り付けられている。

ノズルユニット３００は、燃焼ガスを排出するための噴射孔を有するノズル３１０と後部鏡板３２０を備えている。

図９は、単体のパルスユニット１００の構造例を示している。また、図１０は、図９中の破線で囲まれた部分の拡大図である。ここでは、一例として、第２パルスユニット１００−２の構造例を説明する。

図９に示されるように、第２パルスユニット１００−２は、円筒状の圧力容器１１０、第２推進薬１２０−２、点火装置１３０、隔膜１４０、前方継手部１５０及び後方継手部１６０を備えている。

第２推進薬１２０−２は、圧力容器１１０の内周面に装填されている。また、第２推進薬１２０−２の形状は、内面燃焼型または内端面燃焼型である。

点火装置１３０は、第２推進薬１２０−２を燃焼させるためのものであり、第２推進薬１２０−２の端面に配置されている。図９の例では、点火装置１３０は、第２推進薬１２０−２の後端に配置されている。但し、点火装置１３０は、第２推進薬１２０−２の前端に配置されていてもよい。いずれにせよ、点火装置１３０は、後施工が可能である。

隔膜１４０は、第２推進薬１２０−２の初期燃焼面全体と点火装置１３０を覆うように配置されている。この隔膜１４０によって、第１段目のパルスの最中における、第２推進薬１２０−２と点火装置１３０の耐熱保護が可能となる。

更に、特許文献３の場合と同様に、隔膜１４０が後側隔膜１４０ａと内側隔膜１４０ｂとに区分されると好適である。その場合、円錐台状の後側隔膜１４０ａが、第２推進薬１２０−２の後面を覆うよう設けられる。一方、筒状の内側隔膜１４０ｂが、第２推進薬１２０−２の内周面を覆うように設けられる。そして、後側隔膜１４０ａと内側隔膜１４０ｂとが会合する端部は、全周囲に亘って耐火性の接着剤により接合され、それにより脆弱部となっている。その脆弱部（接合部）は、第１推進薬１２０−１の燃焼中は破断せず、点火装置１３０の作動または第２推進薬１２０−２の燃焼による発生ガスの圧力により確実に破断する。

第２推進薬１２０−２の燃焼時、隔膜１４０の大部分を占める内側隔膜１４０ｂは中央に向かって変形し、第２推進薬１２０−２の燃焼ガスによる流れが比較的緩やかな圧力容器前方部において保持される。また、後側隔膜１４０ａの破断部は、燃焼ガスの流れに沿って後方にめくれるように変形する。従って、隔膜１４０（後側隔膜１４０ａ、内側隔膜１４０ｂ）の破断性と残存性が明瞭で確実になる（図５、図６Ａ、図６Ｂ参照）。また、図９及び図１０の例に示されるように点火装置１３０が後側隔膜１４０ａに隣接して配置される場合、隔膜１４０（後側隔膜１４０ａ、内側隔膜１４０ｂ）の破断の確実性が更に高くなり、好適である。尚、隔膜１４０を一体構造で製作し、破断させたい部位に切れ込みを設ける等も、２分割構造を接合する場合と同じ効果が得られる。

前方継手部１５０は、圧力容器１１０の前方端部に配置されている。一方、後方継手部１６０は、圧力容器１１０の後方端部に配置されている。前方継手部１５０は、他のパルスユニット１００の後方継手部１６０と接続可能に形成されている。一方、後方継手部１６０は、他のパルスユニット１００の前方継手部１５０と接続可能に形成されている。これら前方継手部１５０及び後方継手部１６０を用いることによって、パルスユニット１００同士を連結（接続）することが可能となる。

また、図９及び図１０に示されるように、第２パルスユニット１００−２には更に、隔膜保持具１７０（第１隔膜保持具１７０−１、第２隔膜保持具１７０−２）が設けられていてもよい。各隔膜保持具１７０は、外周部にＯリング溝を有するリング状の金属部品である。図９に示されるように、隔膜１４０の前方継手部１５０側と後方継手部１６０側には、それぞれ第１隔膜保持具１７０−１及び第２隔膜保持具１７０−２が固着されている。そして、隔膜１４０は、外周部にＯリングを取り付けたそれら隔膜保持具１７０によって、圧力容器１１０に機械的に固定される。その結果、第１推進薬１２０−１の燃焼時に、Ｏリングにより、燃焼領域から隔膜１４０で仕切られた領域（第２推進薬１２０−２及び点火装置１３０）への燃焼ガスの進入が堰き止められる。

また、図９に示されるように、第２パルスユニット１００−２には更に、第１段目のパルス用の第１推進薬１２０−１が装填されていてもよい。この場合、第２パルスユニット１００−２において、第１推進薬１２０−１は、上述の隔膜１４０を覆うように装填される。言い換えれば、隔膜１４０によって、第１推進薬１２０−１と第２推進薬１２０−２とは互いに分離される。また、第１推進薬１２０−１の内周面は、燃焼領域に露出している。このように、第２パルスユニット１００−２にも第１推進薬１２０−１を装填することによって、特許文献３の場合と同様に、第１推進薬１２０−１（第１段目のパルス）に関して、十分な初期燃焼面積を確保することができる。

尚、第１段目の第１パルスユニット１００−１には、隔膜１４０や点火装置１３０は設けられない。図８に示されるように、第１パルスユニット１００−１において、第１推進薬１２０−１は圧力容器１１０の内周面に装填され、その第１推進薬１２０−１の内周面は燃焼領域に露出している。また、第１推進薬１２０−１を燃焼させるための第１点火装置２２０は、先頭ユニット２００に設けるか、または、ノズルユニット３００の後部鏡板３２０に設けてもよい。

第２パルスユニット１００−２と同様に、他のパルスユニット１００も、前方継手部１５０及び後方継手部１６０を備えている。それら前方継手部１５０及び後方継手部１６０を用いることによって、複数のパルスユニット１００を順番に連結（接続）することが可能となる。

図１１は、パルスユニット１００を利用した２パルスロケットモータの構造例を示している。第１パルスユニット１００−１の前方継手部１５０は、第２パルスユニット１００−２の後方継手部１６０と接続されている。第１パルスユニット１００−１の後方継手部１６０は、ノズルユニット部３００と接続されている。第２パルスユニット１００−２の前方継手部１５０は、先頭ユニット２００と接続されている。このように、パルスユニット１００を利用することによって、特許文献３で記載されたような２パルスロケットモータが容易に実現される。

尚、先頭ユニット２００に接続されたパルスユニット１００の第１隔膜保持具１７０−１は、前部鏡板２１０又は第１点火装置２２０に機械的に固定されていてもよい。

以上に説明されたように、マルチパルスロケットモータの各パルスに相当する部分が、パルスユニット１００として提供される。そのパルスユニット１００を所望の段数連結することによって、所望のロケットモータ性能を実現することが可能となる。すなわち、マルチパルスロケットモータの設計自由度が向上する。

また、各パルスユニット１００は短尺であるため、製造時の取り扱い性に優れるとともに、各パルスユニット１００を平行して製造することにより、製造工期の短縮化が図れる。

更に、点火装置１３０及び隔膜１４０を後施工することができるため、各パルスユニット１００に対して推進薬１２０を直填可能である。その結果、推進薬１２０の高充填率化が図れる。比較例として、既出の図１や図３で示された２パルスロケットモータを考える。当該比較例の場合、パルスユニットが用いられないため、第１推進薬４と第２推進薬５の少なくとも一方の形状を外部で成形しておき、成形後の推進薬を圧力容器内部に挿入する必要がある。しかしながら、その場合、圧力容器の内部形状は通常両端口元部が中央部に比べて内径が小さいため、成形後の推進薬と圧力容器との間にはどうしても隙間が生じてしまう。このことは、推進薬の充填率の低下を意味する。本実施の形態によれば、各パルスに相当するパルスユニット１００が独立して形成されるため、各パルスユニット１００に対して推進薬１２０を直填可能であり、その結果、推進薬１２０の高充填率化が図れる。

２．燃焼ガス供給制御機構
次に、本発明の実施の形態に係る「燃焼ガス供給制御機構」を説明する。燃焼ガス供給制御機構は、推進薬の燃焼ガスを所定の燃焼ガス噴射孔へ必要なタイミングで供給するための機構である。そのような燃焼ガス供給制御機構は、特許文献３（特許第４７１９１８２号公報）に記載されている２パルスロケットモータ（図１〜図６Ｂを参照）や未公開の先願（特願２０１１−１２８０３１）に記載されているマルチパルスロケットモータ（図７〜図１１を参照）の他、ガスジェネレータ等にも適用可能である。

以下、一例として図７〜図１１で示されたマルチパルスロケットモータの構成をベースとして用い、本実施の形態に係る燃焼ガス供給制御機構を説明する。図７〜図１１で示された構成と同じ構成には同一の参照番号が付され、重複する説明は適宜省略される。尚、他の場合であっても、本実施の形態に係る燃焼ガス供給制御機構を同様に適用可能である。

図１２及び図１３は、本実施の形態に係る燃焼ガス発生器の構成例を概略的に示している。図１２及び図１３に示される燃焼ガス発生器は、既出の図１１で示された２パルスロケットモータからノズル３１０が省かれた構成を有している。圧力容器１１０の後方に取り付けられている後部鏡板３２０は、燃焼ガス噴射孔３３０を有している。

更に、図１２及び図１３に示される燃焼ガス発生器において、圧力容器１１０の前方に取り付けられている前部鏡板２１０は、燃焼ガス噴射孔２１５を有している。図１２及び図１３に示されるように、この燃焼ガス噴射孔２１５は、圧力容器１１０の内部、特に、第２推進薬１２０−２の燃焼空間につながっている。上述の通り、隔膜１４０は、圧力容器１１０の内部において第１推進薬１２０−１と第２推進薬１２０−２とを互いに分離するように配置されている。従って、隔膜１４０は、前部鏡板２１０の燃焼ガス噴射孔２１５を第２推進薬１２０−２側に配置し、第１推進薬１２０−１から分離する、という役割も果たすことになる。

また、図１３に示されるように、隔膜保持構造２３０が、圧力容器１１０の前方に配置されていてもよい。より詳細には、隔膜保持構造２３０は、前部鏡板２１０と隔膜１４０との間に配置されており、隔膜１４０の前端は、隔膜保持構造２３０によって保持されている。隔膜保持構造２３０は、複合材等の断熱材で形成される。また、隔膜保持構造２３０は、燃焼ガス噴射孔２１５と第２推進薬１２０−２の燃焼空間との間をつなぐ燃焼ガス供給路２４０を有している。隔膜保持構造２３０は、この燃焼ガス供給路２４０を通して、圧力容器１１０の内部と燃焼ガス噴射孔２１５との間をつないでいる。この場合、隔膜１４０は、圧力容器１１０内部から燃焼ガス供給路２４０への供給孔を第２推進薬１２０−２側に配置し、第１推進薬１２０−１から分離する。

図１４を参照して、図１３で示された燃焼ガス発生器の動作を説明する。第１段パルスにおいて、第１推進薬１２０−１が燃焼する。このとき、隔膜１４０によって、第１推進薬１２０−１の燃焼ガスが燃焼ガス供給路２４０及び燃焼ガス噴射孔２１５に流入することが防止される。また、第１推進薬１２０−１の燃焼ガスは、後部鏡板３２０の方へ流れ、燃焼ガス噴射孔３３０から排出される。

第１推進薬１２０−１の燃焼が終了し、任意時間経過後に、第２段パルスが始まる。第２段パルスでは、第２推進薬１２０−２が燃焼する。このとき、隔膜１４０の脆弱部（接合部）が破断し、第２推進薬１２０−２の燃焼ガスが、後部鏡板３２０の方へ流れ、燃焼ガス噴射孔３３０から排出される。同時に、第２推進薬１２０−２の燃焼ガスは、前方の燃焼ガス供給路２４０にも流入し、前部鏡板２１０の燃焼ガス噴射孔２１５からも排出される。

以上に説明されたように、前方の燃焼ガス噴射孔２１５は、第２推進薬１２０−２の燃焼空間につながっており、且つ、隔膜１４０によって第１推進薬１２０−１から分離されている。従って、第１段パルス時には、第１推進薬１２０−１の燃焼ガスが前方の燃焼ガス噴射孔２１５に流れることが防止される。一方、第２段パルス時には、第２推進薬１２０−２の燃焼ガスが、前方の燃焼ガス噴射孔２１５から排出される。本実施の形態において、隔膜１４０は、第１段パルス時に第１推進薬１２０−１の燃焼ガスが燃焼ガス噴射孔２１５に流入することを遮断し、第２段パルス時に第２推進薬１２０−２の燃焼ガスを燃焼ガス噴射孔２１５に供給する「燃焼ガス供給制御機構」として機能していると言える。ここで、機械的な可動メカニズムは不要であり、簡易な構造で燃焼ガス供給制御機構を実現可能であることに留意されたい。また、ゴム材である隔膜１４０が利用されるため、軽量化も可能である。

図１５は、第２推進薬１２０−２を点火するための第２点火装置として、既出の図９、図１０で示された点火装置１３０が用いられる場合を示している。この場合の第２段パルスの動作は、上述の通りである。

図１６は、第２推進薬１２０−２を点火するための第２点火装置に関連する変形例を示している。本変形例では、上述の点火装置１３０の代わりに、第２点火装置２５０が設けられている。第２点火装置２５０は、上述の燃焼ガス供給路２４０を通して第２推進薬１２０−２を点火するように配置されている。より詳細には、第２点火装置２５０は、前部鏡板２１０に取り付けられており、燃焼ガス供給路２４０に対して点火用の燃焼ガスを噴射する。第２点火装置２５０から噴射された燃焼ガスが、燃焼ガス供給路２４０を通って第２推進薬１２０−２に供給されることにより、第２推進薬１２０−２が燃焼を開始する。つまり、本変形例では、燃焼ガス供給路２４０が、前方の燃焼ガス噴射孔２１５への燃焼ガスの供給だけでなく、第２推進薬１２０−２の点火にも用いられる。すなわち、燃焼ガス供給路２４０が有効活用され、好適である。

図１７は、本実施の形態に係る燃焼ガス発生器をスラスタ非分離型マルチパルスロケットモータに適用した場合の構成を示す概略図である。後部鏡板３２０には、ノズル３１０が取り付けられている。また、前部鏡板２１０の前方には、燃焼ガス供給路２４０を介してスラスタ４００が取り付けられている。スラスタ４００は、圧力容器１１０の内部から燃焼ガスを取り入れて、バルブにより流量を制御しながらその燃焼ガスを外部空間に向けて噴射する。

本実施の形態によれば、第１段パルスにおいて、第１推進薬１２０−１の燃焼ガスがスラスタ４００に流入することが防止される。つまり、スラスタ４００を作動させない第１パルスでは、スラスタ４００は燃焼ガスに晒されないため、非作動時の駆動部の耐熱保護は不要となる。一方、第２段パルスでは、第２推進薬１２０−２の燃焼ガスが、燃焼ガス供給路２４０を通ってスラスタ４００に流入する。つまり、スラスタ４００を作動させるタイミングに燃焼ガスがスラスタ４００へ供給される。このように、本実施の形態に係る簡易な燃焼ガス供給制御機構を利用することによって、必要なタイミングに燃焼ガスをスラスタ４００へ供給することが可能となる。

図１８は、本実施の形態に係る燃焼ガス発生器をマルチパルスガスジェネレータに適用した場合の構成を示す概略図である。本例では、第２パルスユニット１００−２の後方に、後部鏡板３２０が取り付けられている。その後部鏡板３２０の後方には、燃焼ガス供給路３４０を介して後部スラスタ４１０が取り付けられている。また、前部鏡板２１０の前方には、燃焼ガス供給路２４０を介して前部スラスタ４２０が取り付けられている。このような構成の場合、第１段パルスでは、後部スラスタ４１０に燃焼ガスが供給され、前部スラスタ４２０には燃焼ガスが供給されない。一方、第２段パルスでは、後部スラスタ４１０と前部スラスタ４２０の両方に燃焼ガスが供給される。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 圧力容器
２ ノズル
３ 鏡板
４ 第１推進薬
５ 第２推進薬
６ 第１点火装置
８ 第２点火装置
１０ 隔膜
１０ａ 後側隔膜
１０ｂ 内側隔膜
１２ 噴射孔
１００ パルスユニット
１００−１ 第１パルスユニット
１００−２ 第２パルスユニット
１００−３ 第３パルスユニット
１１０ 圧力容器
１２０ 推進薬
１２０−１ 第１推進薬
１２０−２ 第２推進薬
１２０−３ 第３推進薬
１３０ 点火装置
１４０ 隔膜
１４０ａ 後側隔膜
１４０ｂ 内側隔膜
１５０ 前方継手部
１６０ 後方継手部
１７０ 隔膜保持具
１７０−１ 第１隔膜保持具
１７０−２ 第２隔膜保持具
２００ 先頭ユニット
２１０ 前部鏡板
２１５ 燃焼ガス噴射孔
２２０ 第１点火装置
２３０ 隔膜保持構造
２４０ 燃焼ガス供給路
２５０ 第２点火装置
３００ ノズルユニット
３１０ ノズル
３２０ 後部鏡板
３３０ 燃焼ガス噴射孔
３４０ 燃焼ガス供給路
４００ スラスタ
４１０ 後部スラスタ
４２０ 前部スラスタ

Claims (7)

1. 圧力容器と、
   前記圧力容器の内部に配置され、第１段パルス時に燃焼する第１推進薬と、
   前記圧力容器の内部に配置され、前記第１段パルスに続く第２段パルス時に燃焼する第２推進薬と、
   前記圧力容器の前方に取り付けられ、前記第２推進薬の燃焼空間に接続された燃焼ガス噴射孔を有する前部鏡板と、
   前記圧力容器の後方に取り付けられ、前記第１推進薬と前記第２推進薬の燃焼ガスを排出する燃焼ガス噴射孔を有する後部鏡板と
   を備えた燃焼ガス発生器において、
   前記圧力容器の内部において前記前部鏡板に一端部において結合された第１隔膜部と前記圧力容器に一端部において結合された第２隔膜部とを有し、前記第１隔膜部の他端部と前記第２隔膜部の他端部とは接合されて、前記第１推進薬と前記第２推進薬とを互いに分離するように配置された隔膜を更に含み、
   前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔は、前記隔膜に関して前記第２推進薬側に配置され、
   前記隔膜は、前記第１段パルス時に前記第１推進薬の燃焼ガスが前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔に流入することを遮断し、
   前記第２段パルス時に前記第２推進薬の燃焼ガスを前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔に供給する
   燃焼ガス供給制御機構。
2. 圧力容器と、
   前記圧力容器の内部に配置され、第１段パルス時に燃焼する第１推進薬と、
   前記圧力容器の内部に配置され、前記第１段パルスに続く第２段パルス時に燃焼する第２推進薬と、
   前記圧力容器の前方に取り付けられ、前記第２推進薬の燃焼空間に接続された燃焼ガス噴射孔を有する前部鏡板と、
   前記圧力容器の後方に取り付けられ、前記第１推進薬と前記第２推進薬の燃焼ガスを排出する燃焼ガス噴射孔を有する後部鏡板と
   を備えた燃焼ガス発生器において、
   前記第1推進薬の少なくとも一部は、前記圧力容器の内部で半径方向に前記第２推進薬と重なるように配置され、
   前記圧力容器の内部において、一端が前記前部鏡板に結合され、他端が前記圧力容器に結合され、前記第１推進薬と前記第２推進薬とを互いに分離するように配置された隔膜を更に含み、
   前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔は、前記隔膜に関して前記第２推進薬側に配置され、
   前記隔膜は、前記第１段パルス時に前記第１推進薬の燃焼ガスが前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔に流入することを遮断し、
   前記第２段パルス時に前記第２推進薬の燃焼ガスを前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔に供給する
   燃焼ガス供給制御機構。
3. 請求項２に記載の燃焼ガス供給制御機構であって、
   前記圧力容器の内部において、前記第１推進薬は、前記前部鏡板と前記後部鏡板との間の前後方向のほぼ全長に渡って配置されている
   燃焼ガス供給制御機構。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃焼ガス供給制御機構であって、
   前記圧力容器の前方で前記前部鏡板と、前記第２推進薬及び前記隔膜との間に配置され、前記圧力容器の内部の前記第２推進薬の前記燃焼空間と前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔をつなぐ燃焼ガス供給路を有する隔膜保持構造
   を更に含む
   燃焼ガス供給制御機構。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃焼ガス供給制御機構であって、
   前記隔膜が前記第２段パルス時に破断することによって、前記第２推進薬の燃焼ガスが前記前部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔及び前記後部鏡板の前記燃焼ガス噴射孔の両方から排出される
   燃焼ガス供給制御機構。
6. 請求項４に記載の燃焼ガス供給制御機構であって、
   前記第２推進薬用の点火装置を更に備え、
   前記点火装置は、前記燃焼ガス供給路を通して前記第２推進薬を点火するように配置されている
   燃焼ガス供給制御機構。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃焼ガス供給制御機構であって、
   前記第２推進薬用の点火装置を更に備え、
   前記点火装置は、前記第２推進薬の端面に配置されており、前記第２推進薬の初期燃焼面全体と共に前記隔膜によって覆われている
   燃焼ガス供給制御機構。

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