JP6012278B2 - 隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置に関する。

ロケットモータの２パルス化技術として、１つの圧力容器内に２つの推進薬を隔膜を介して配置し、１パルス目の作動（第１推進薬の燃焼）時に２パルス目が作動（第２推進薬の燃焼）しないように、第２推進薬を隔膜により耐熱保護する方式がある。この隔膜型２パルスロケットモータの２パルス目用点火装置（第２点火装置）には、第２推進薬を着火して燃焼を開始させ、且つ、同時に隔膜を破断する機能が必要である。更に、第２点火装置は、飛しょう体の加速性能を低下させないために、構造を強固にして構造重量を増加させることなく、飛しょう体の運用時に遭遇する振動や第１推進薬燃焼時の熱等の環境に対して点火装置の強度を確保する必要がある。

しかしながら、例えば、特許文献１に記載された２パルスロケットモータの場合、第１点火装置とその前方外周部に円環状チャンバで構成された第２点火装置を配置した２重構造体がロケットモータの前端部（鏡板）に装着されており、装着部の構造が寸法及び質量ともに大きい。

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。

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。

特許文献３は、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１に示すように、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。

隔膜１０は，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。

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。

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おり、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パルスロケットモータであれば、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 特許第４１７９１５７号公報 特許第４７１９１８２号公報

隔膜型２パルスロケットモータの２パルス目用点火装置は、隔膜の破断の確実性を高めるために、隔膜の脆弱部に近い位置に配置するのが望ましい。しかし、その場合、点火装置は、ロケットモータの鏡板のような構造部材にではなく、燃焼室内部の任意の部材に固定する必要があり、そのような点火装置の構造は知られていない。

本発明が解決しようとする課題は、隔膜型２パルスロケットモータにおける第２推進薬の後端面に設置可能な、簡易な構造の点火装置を提供することである。

以下、［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。但し、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。

本発明は、１の態様において、隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置を提供する。隔膜型２パルスロケットモータは、圧力容器（１）と、圧力容器（１）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（４）と、圧力容器（１）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（５）と、第２推進薬（５）の初期燃焼面全体を覆うように配置された隔膜（１０）とを備え、隔膜（１０）は、第２推進薬（５）の内周面を覆う内側隔膜（１０ｂ）と、第２推進薬（５）の後面を覆う後側隔膜（１０ａ）とを備え、後側隔膜（１０ａ）と内側隔膜（１０ｂ）とが会合する端部は、全周囲に亘って接合されている。
本発明に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、エネルギ供給部（１００）と、エネルギ供給部（１００）に１端で接続されるエネルギ伝達部（１１０）と、エネルギ伝達部（１１０）の他端に接続される点火部（１２０）とを備え、点火部（１２０）は、後側隔膜（１０ａ）に固定され、エネルギ供給部（１００）とエネルギ伝達部（１１０）と点火部（１２０）の作動により、第２推進薬（５）を着火し、且つ、隔膜（１０）（後側隔膜（１０ａ）、内側隔膜（１０ｂ））を破断する。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、点火部（１２０）は、エネルギ伝達部（１１０）に接続される補助点火薬（１２０−１）と、補助点火薬（１２０−１）の周囲に配置される主点火薬（１２０−２）と、補助点火薬（１２０−１）と主点火薬（１２０−２）とを後側隔膜（１０ａ）に固定するシート状成型部材（１２０−３）とを備えてもよい。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、主点火薬（１２０−２）は、ボロン／硝石系のペレット状の火薬であってもよい。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、補助点火薬（１２０−１）は、容器に入れた黒色火薬やボロン／硝石系の粉状の火薬であってもよい。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、シート状成型部材（１２０−３）は、末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）等のポリマーを硬化させたもの、スポンジ、接着剤等の柔軟性、非飛散性、焼尽性を有する材質であってもよい。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、エネルギ伝達部（１１０）は、光ファイバ、導火管又は導圧管であってもよい。

隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置において、エネルギ供給部（１００）は、レーザーダイオード等の光エネルギ発生装置又はイニシエータ等のパイロテクニック的エネルギ発生装置であってもよい。

本発明によれば、隔膜型２パルスロケットモータにおいて、第２推進薬の後端面に設置可能な点火装置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、本発明の実施の形態に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置を示す縦断面図である。 図３は、図２中の線Ｇ−Ｇに沿った矢視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の実施の形態に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、隔膜型２パルスロケットモータにおいて、第１段パルスに続く第２段パルス時に燃焼する第２推進薬を着火し、且つ、第２推進薬の初期燃焼面全体を覆う隔膜を破断するための点火装置である。そのような隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、特許文献３に記載された２パルスロケットモータ（図１を参照）等に適用可能である。

以下、一例として図１で示す２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隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置を説明する。図１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隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置を同様に適用可能である。

図２は、本実施の形態に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置の構造例を示す。また、図３は、図２中の線Ｇ−Ｇに沿った矢視図である。図２に示す隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、既出の図１で示された２パルスロケットモータにおける第２点火装置８の構造例を示したものである。

図２に示すように、隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、エネルギ供給部１００と、エネルギ供給部１００に１端で接続されるエネルギ伝達部１１０と、エネルギ伝達部１１０の他端に接続される点火部１２０とを備え、点火部１２０は、後側隔膜１０ａに固定され、圧力容器１の外部からの信号によりエネルギ供給部１００がエネルギを発生し、エネルギ伝達部１１０を介して点火部１２０を作動させることにより、第２推進薬５を着火し、且つ、隔膜１０（後側隔膜１０ａ、内側隔膜１０ｂ）を破断する。

図３に示すように、点火部１２０は、エネルギ伝達部１１０に接続される補助点火薬１２０−１と、補助点火薬１２０−１の周囲に配置される主点火薬１２０−２と、補助点火薬１２０−１と主点火薬１２０−２とを後側隔膜１０ａに固定するシート状成型部材１２０−３とを備えてもよい。

主点火薬１２０−２は、ボロン／硝石系のペレット状の火薬であってもよい。ペレット状の火薬を用いることにより、第２推進薬５に必要な熱量を与えるための燃焼ガスの発生流量及び発生時間を、ペレットの個数及び厚みで容易に制御することが可能となる。

補助点火薬１２０−１は、容器に入れた黒色火薬やボロン／硝石系の粉状の火薬であってもよい。尚、容器は、プラスチックやナイロン等の焼尽性を有する材質であると、第２推進薬５の燃焼において容器が焼失し、好適である。

シート状成型部材１２０−３は、末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）等のポリマーを硬化させたもの、スポンジ、接着剤等の柔軟性、非飛散性、焼尽性を有する材質であってもよい。シート状成型部材１２０−３に補助点火薬１２０−１と主点火薬１２０−２とを埋設することにより、点火部１２０は、例えばゴム材でできた後側隔膜１０ａに固定することが可能となり、且つ、軽量で簡易な構造とすることができる。また、シート状成型部材１２０−３が柔軟性、非飛散性、焼尽性を有する材質であることにより、点火部１２０は、後側隔膜１０ａの変形や運用時に遭遇する振動等の環境に耐えるとともに、第２推進薬５の燃焼において、固体の破片等のコンタミを発生することはなく、また、焼失するため、脱落防止のための耐熱保護は不要となる。

エネルギ伝達部１１０は、光ファイバ、導火管又は導圧管であってもよい。

エネルギ供給部１００は、レーザーダイオード等の光エネルギ発生装置又はイニシエータ等のパイロテクニック的エネルギ発生装置であってもよい。いずれにしても、ロケットモータに装備できるように小型軽量な構造であることが望ましい。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、図１に示す２パルスロケットモータにおいて、後側隔膜１０ａに点火部１２０を固定することが可能であるため、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。

また、本実施態様によれば、点火部１２０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、飛しょう体の運用時に遭遇する振動や第１推進薬４の燃焼時の熱等の環境に対して耐えることが可能となる。

なお、本願発明者は、本実施の形態に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置を試作し、図１に示す構成をベースとする２パルスロケットモータに組み込んだ形態で、実際に飛しょう体の運用時に遭遇する環境（温度サイクル、振動）を印加し、その後、２パルスロケットモータの燃焼を行った。その結果、本実施の形態に係る隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置は、環境印加後のＸ線検査において異状がなく、その後、第１推進薬４の燃焼時の熱等の環境に耐えて正常に作動して、２パルスロケットモータは所定通り２段階の推力（パルス）を発生することを確認し、発明の効果を実証することができた。

以上、本発明の実施の形態を添付の図面を参照することにより説明した。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
１１ 燃焼領域
１２ 噴射孔
１００ エネルギ供給部
１１０ エネルギ伝達部
１２０ 点火部
１２０−１ 補助点火薬
１２０−２ 主点火薬
１２０−３ シート状成型部材

Claims (6)

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、
   前記第２推進薬の初期燃焼面全体を覆うように配置された隔膜と
   を備え、
   前記隔膜は、前記第２推進薬の内周面を覆う内側隔膜と、前記第２推進薬の後面を覆う後側隔膜とを備え、そして前記後側隔膜と前記内側隔膜とが会合する端部は、全周囲に亘って接合されている隔膜型２パルスロケットモータにおいて、
   エネルギ供給部と、
   前記エネルギ供給部に１端で接続されるエネルギ伝達部と、
   前記エネルギ伝達部の他端に接続される点火部と
   を備え、
   前記点火部は、前記後側隔膜に固定され、前記エネルギ供給部と前記エネルギ伝達部と前記点火部の作動により、前記第２推進薬を着火し、且つ、前記隔膜を破断し、さらに、前記点火部は、前記エネルギ伝達部に接続される補助点火薬と、前記補助点火薬の周囲に配置される主点火薬と、前記補助点火薬と前記主点火薬とを前記後側隔膜に固定するシート状成型部材とを備える、
   隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。
2. 前記主点火薬は、ボロン／硝石系のペレット状の火薬である、請求項１に記載の隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。
3. 前記補助点火薬は、容器に入れた黒色火薬やボロン／硝石系の粉状の火薬である、請求項１又は２に記載の隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。
4. 前記シート状成型部材は、末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を含むポリマーを硬化させたもの、スポンジ、及び接着剤からなる群から選ばれる、柔軟性、非飛散性、及び焼尽性を有する材質である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。
5. 前記エネルギ伝達部は、光ファイバ、導火管又は導圧管である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。
6. 前記エネルギ供給部は、レーザーダイオードを含む光エネルギ発生装置又はイニシエータを含むパイロテクニック的エネルギ発生装置である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の隔膜型２パルスロケットモータ用点火装置。

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