JP5860705B2 - パルスロケットモータ - Google Patents
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Description
具体的には、フィラメント・ワインディング法(Filament Winding)による炭素繊維・エポキシ樹脂組成物からなる圧力容器の後部にパルス1(第1パルス)の推進薬(第1推進薬)が、前部にパルス2(第2パルス)の推進薬(第2推進薬)が設けられ、これらの推進薬との間にバリヤ絶縁体(隔膜)が配置された構成の2パルスロケットモータが開発されている(特許文献1参照)。
一方で、バリヤ絶縁体は、パルス2の推進薬燃焼時においては、脱落してノズルを詰まらせること等がないように、所定の位置で破断してかつ脱落しない必要がある。これに対して特許文献1では、前方絶縁体とバリヤ絶縁体との接着部分にて、破断することを想定しているが、接着による破断強度の設定は複雑であり適切なタイミングで破断させることは容易ではない。また、上述したように各絶縁体は推進薬に接着されていることからパルス2の推進薬燃焼時にバリヤ絶縁体が当該推進薬から剥がれるのを妨げる作用をし、確実な動作の観点から問題がある。
請求項3のパルスロケットモータでは、圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、前記隔膜は、ゴム板を厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、前記脆弱部は、前記隔膜部材の前後方向に一対の前記ゴム積層体を、突き合わせ面が前記ゴム板の各層ごとに段差状となるよう突き合わせて加硫接着した部分であることを特徴としている。
請求項5のパルスロケットモータでは、圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、前記隔膜は、繊維が混入され当該繊維が列理方向に延びているゴム板を、厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、前記脆弱部は、列理方向が前記隔膜部材の前後方向であるゴム板を積層した前後一対のゴム積層体の間に、列理方向が前記隔膜部材の周方向であるゴム板を積層したゴム積層体を介装させた部分であることを特徴としている。
請求項8のパルスロケットモータでは、請求項1から7のいずれか一項において、前記隔膜は、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って屈曲しており、当該屈曲部周辺に前記脆弱部が形成されていることを特徴としている。
また、隔膜において第2推進薬の内周面から後部端面への屈曲部周辺に、他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成されていることで、第2パルス時の燃焼圧を受けると当該脆弱部にて確実に破断することとなる。このように、隔膜があらかじめ設計された部位で確実に前後分離することにより、隔膜が脱落してノズルを詰まらせるようなこともなく、また分離後の隔膜は第2推進薬からの燃焼ガスを遮ることもなく、確実に第2パルスを作動させることができる。
図1〜6を参照すると、図1には本発明の第1実施形態に係るパルスロケットモータの全体構成断面図、図2には要部拡大断面図、図3には隔膜部材の一部切り欠き斜視図、図4には図2の前部拡大断面図、図5には図2の後部拡大断面図、図6には隔膜の脆弱部の構成を示す部分断面図がそれぞれ示されている。
隔膜部材10は、断熱性を有するEPDMゴムからなる隔膜24が、両端に設けられた隔膜保持金具26a、26b(保持具)を介して圧力容器2に取り付けられている。
隔膜保持金具26a、26bはそれぞれ環状をなしており、前端側の隔膜保持金具26aには前面に、後端側の隔膜保持金具26bにおいては外周面に、それぞれ周方向に沿って間隔をあけて複数のボルト穴28a、28bが形成されている。隔膜部材10は、これらのボルト穴28a、28bに螺合するボルトで締結されることで圧力容器2に取り付けられている。なお、隔膜保持金具26a、26bは、気密性及び耐熱性の点で金属であることが好ましいが、同程度の気密性及び耐熱性を備えていればFRP等からなる保持具としても構わない。
図4に示すように、前端側の隔膜保持金具26aは、環状後面に、後方に向けて縮小した断面凸状の凸部30aが形成されている。そして、当該凸部30aが前後方向に延びる隔膜の内面部24aの前端部分に入り込んでおり、当該凸部30aと隔膜の内面部24aとが加硫接着により一体をなしている。また、当該前端側の隔膜保持金具26aは、凸部30aの先端が前後方向において推進薬支持体22の後方端と一致しており、当該凸部30aは推進薬支持体22の範囲に亘って延びている。
図2、3、5に示すように、隔膜24には、内面部24aから端面部24bへの屈曲部分近傍に他の部分よりも構造的に脆弱な脆弱部24cが形成されている。当該脆弱部24cは所定値以上の燃焼圧を受けると破断するような強度に予め設定されている。
詳しくは、図6に隔膜24における脆弱部24cの一部を切り出した詳細な構成が示されている。EPDMからなる隔膜24は、ゴム板を厚さ方向に複数枚積層したゴム積層体から構成されている。ゴム板には、生ゴムの状態で短い繊維(例えばアラミド繊維)を混入し、ローラで圧縮することで成形されており、ゴム板内の繊維は、ローラで圧縮された列理方向に延びるように並ぶこととなる。なお、図6では説明の簡略化のため破線でゴム板内の繊維42の方向、即ち列理方向、を示している。
第1のゴム層40は、列理方向が隔膜24の前後方向である一対のゴム板40a、40bを突き合わせて構成されている。第2のゴム層41は、列理方向が隔膜24の前後方向であるゴム板41aと、列理方向が隔膜24の周方向(前後方向に対して垂直方向)であるゴム板41bとを突き合わせて構成されている。
この断面S1上では、繊維42が断裂されている第1のゴム層40の突き合わせ面と、第2のゴム層41におけるゴム板41bの列理方向が隔膜24の前後方向と直角となることから、当該平面S1部分は前後に裂けやすい構造となっており、当該平面S1部分が脆弱部24cをなすこととなる。
図7には、本発明に係るパルスロケットモータの動作図(a)〜(d)が示されており、以下同図に基づき説明する。なお、図7のパルスロケットモータは上記図1〜5のパルスロケットモータを簡略化して示している。
図7(a)は第1パルスの様子を示している。第1イグナイタ12が点火されることで、第1推進薬6の燃焼が開始される。燃焼は第1推進薬6の内孔内周面から生じていき、燃焼ガスF1はノズル4を通って大気中に噴射される。これにより2パルスロケットモータ1は第1パルスによる推進力を得る。
図7(c)からは、第2パルスの様子を示している。任意のタイミングで第2イグナイタ14が点火されると、点火孔32を通って推進薬支持体22に点火用の火が到達し、まず推進薬支持体22が燃焼する。当該推進薬支持体22の燃焼を受けて、第2推進薬8は内面から後部端面に向かって燃焼し、第2推進薬8の内面と隔壁部材10との間に燃焼ガスF2が生じる。この燃焼圧を受けて隔膜24が第2推進薬8に対して膨張し、圧力容器2の内方側に変形する。
特に当該第1実施形態における脆弱部24cは、上述のように同一平面S1上に、第1のゴム層40の突き合わせ面と、第2のゴム層41において列理方向が周方向であるゴム板41bとが位置する構成をなしていることで、第1パルスの燃焼圧には耐えつつ、第2パルス時には平面S1部分の一箇所にて正確に破断させることができる。
このようにして、第1実施形態に係る2パルスロケットモータ1は、簡易な構成で、第1パルス時における第2推進薬8への火炎の侵入を確実に防ぎ、確実に第2パルスを実行することができる。
例えば、上記実施形態の隔膜24は、それぞれゴム板を突き合わせた第1のゴム層40及び第2のゴム層41を積層してなるが、第2のゴム層は列理方向を隔膜の周方向とするゴム板のみから構成しても構わない。
その他、脆弱部24cの構成が異なる第2〜第5実施形態に係るパルスロケットモータについて以下説明する。なお、第2〜第5実施形態に係るパルスロケットモータは、脆弱部以外の構成は上記第1実施形態のパルスロケットモータ1と同様であり、それぞれ上記第1実施形態と同様の効果を奏するものであるため詳しい説明は省略し、各実施形態の脆弱部の構成について詳しく説明する。
同図に示すように、第2実施形態における隔膜は、ゴム板140をそれぞれ積層して、前部ゴム積層体144a及び後部ゴム積層体144bの前後一対からなるゴム積層体を互いに突き合わせて加硫接着を行うことで、ゴム板140間の積層面と、突き合わせ面のそれぞれを接着させている。脆弱部124cは、隔膜を構成する前部ゴム積層体144a及び後部ゴム積層体144bの前後一対からなるゴム積層体を互いに突き合わせて加硫接着させた部分である。前部ゴム積層体144a及び後部ゴム積層体144bの突き合わせ面は、互いに係合するようにゴム板140ごとに段差状をなしており、接着されたこの段差状の境界面が脆弱部124cとなる。つまり、前部ゴム積層体144a及び後部ゴム積層体144bを突き合わせ接着することで、接着境界面でゴム板140内部の繊維が断裂することになるため、他の部分より脆弱となっている。
第3実施形態に係るパルスロケットモータにおける脆弱部224cは、図9に示すように隔膜を構成するゴム積層体244を折り畳んで成形した部分となる。
このように第3実施形態の脆弱部224cは、ゴム積層体244を折り畳み、応力集中する屈曲部分248を形成することで、他の部分より脆弱な脆弱部224cを形成している。
第4実施形態の脆弱部324cは、図10に示すように、列理方向が前後方向である前後一対のゴム積層体344a、344bの間に、列理方向が周方向であるゴム積層体344cを介装させた部分となる。
当該変形例では、中間ゴム積層体344cのゴム板340同士の積層面にゴム板間の加硫接着を妨げるための離型シート材346(例えば、フッ素樹脂シート)を介装させ、当該中間ゴム積層体344cの成形時にゴム板同士を接着させないようにしている。これにより、当該中間ゴム積層体344cはより破断しやすくなる。このように離型シート346を用いて、ゴム板340同士の積層面を接着させないようにすることで、脆弱部324c’の強度を調整し、第2パルスの適切な時期に隔膜を破断させることが可能となる。
第5実施形態の脆弱部424cは、図12に示すように、前後一対のゴム積層体444a、444bの間に、当該ゴム積層体444a、444bと異なる素材からなる介装部材450が介装されている部分となる。
第1推進薬6及び第2推進薬8の搭載量等は上記実施形態で示したものに限られるものではなく、用途に応じて適宜設定されるものである。例えば、第1推進薬は全域を中空円筒形状としてもよいし、光芒を有する断面を含んだ筒形状であっても構わない。
また、上記各実施形態では隔膜を構成するゴム積層体が4枚のゴム層40、40、41、41からなっているが、ゴム積層体のゴム層の数はこれに限られるものではなく、これよりも多くても少なくても構わない。
2 圧力容器
4 ノズル
6 第1推進薬
8 第2推進薬
10 隔膜部材
12 第1イグナイタ
14 第2イグナイタ
22 推進薬支持体
24 隔膜
24a 内面部
24b 端面部
24c、124c、224c、224c’、324c、424c 脆弱部
26a、26b 隔膜保持金具(保持具)
40 第1のゴム層
41 第2のゴム層
40a、40b、41a、41b、140、240、340、440 ゴム板
42、142、242、342、442 繊維
244 ゴム積層体
144a、244a、344a、444a 前部ゴム積層体
144b、244b、344b、444b 後部ゴム積層体
344c 中間ゴム積層体
246、346 離型シート材
248 屈曲部分
450 介装部材
Claims (8)
- 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、繊維が混入されたゴム板を、厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、列理方向が前記隔膜部材の前後方向である一対のゴム板を突き合わせた第1のゴム層、及び列理方向が任意の方向であるゴム板と列理方向が前記隔膜部材の周方向であるゴム板とを突き合わせた第2のゴム層が交互に積層され、前記第1のゴム層の突き合わせ面が1つの同一平面上にあり、当該平面上に前記第2のゴム層において突き合わせ面を除いた列理方向が前記隔膜部材の周方向である前記ゴム板が位置している部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、繊維が混入されたゴム板を、厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、列理方向が前記隔膜部材の前後方向である一対のゴム板を突き合わせた第1のゴム層、及び列理方向が前記隔膜部材の周方向であるゴム板からなる第2のゴム層が交互に積層され、前記第1のゴム層の突き合わせ面が1つの同一平面上にあり、当該平面が位置している部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、ゴム板を厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、前記隔膜部材の前後方向に一対の前記ゴム積層体を、突き合わせ面が前記ゴム板の各層ごとに段差状となるよう突き合わせて加硫接着した部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、ゴム板を厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、前記ゴム積層体を折り畳んで成形された部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、繊維が混入され当該繊維が列理方向に延びているゴム板を、厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、列理方向が前記隔膜部材の前後方向であるゴム板を積層した前後一対のゴム積層体の間に、列理方向が前記隔膜部材の周方向であるゴム板を積層したゴム積層体を介装させた部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 前記列理方向が前記隔膜部材の周方向であるゴム板を積層したゴム積層体は、ゴム板同士の積層面が接着されていないことを特徴とする請求項5記載のパルスロケットモータ。
- 圧力容器内の後段に設けられた中空筒形状の第1推進薬と、
前記第1推進薬を点火する第1イグナイタと、
前記圧力容器内の前段に設けられた中空筒形状の第2推進薬と、
前記第2推進薬を点火する第2イグナイタと、
前記圧力容器内にて前記第2推進薬を覆う隔膜部材とを備え、
前記隔膜部材は、前記第2推進薬の少なくとも内周面に沿って延びている隔膜、及び当該隔膜の両端にて加硫接着により一体をなしており、前記圧力容器に取り付けられる保持具を有しており、
前記隔膜は、ゴム板を厚さ方向に積層したゴム積層体であり、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って形成されており、一部に他の部分よりも脆弱な脆弱部が形成され、
前記脆弱部は、前記隔膜部材の前後方向に一対のゴム積層体の間に、当該ゴム積層体と異なる素材からなる介装部材が、前記一対のゴム積層体との突き合わせ面が前記ゴム板の各層ごとに凹凸状となるよう介装されている部分であることを特徴とするパルスロケットモータ。 - 前記隔膜は、前記第2推進薬の内周面から後部端面に沿って屈曲しており、当該屈曲部周辺に前記脆弱部が形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のパルスロケットモータ。
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