JP6291343B2 - マルチパルスロケットモータ - Google Patents
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Description
複数の固体推進薬は、耐熱性を有する隔膜部材により互いに仕切られ、同一の圧力容器内に隣接して内蔵されている。各固体推進薬は、それぞれに設けられた着火装置により、異なるタイミングで着火し燃焼する。
そのため、未着火の第2推進薬は、耐熱性の高い隔膜部材により第1推進薬の燃焼火炎から仕切られ、着火しないようになっている。
また、推進薬支持体の範囲にわたって凸部が延びている隔膜保持金具を有し、第1推進薬の燃焼圧力が推進薬支持体に作用しないようにしている。
なお、推進薬支持体は第2推進薬よりも密度が低く、燃えやすい素材(例えば、発泡材料)である。
さらに、推進薬支持体の燃焼温度と燃焼圧力は、第2イグナイタの着火火炎と比較して低いため、推進薬支持体の燃焼火炎では第2推進薬を効率よく着火できない。そのため、推進薬支持体が完全に燃焼して消失するまで、第2イグナイタと第2推進薬とを連通する流路ができず、第2推進薬の点火遅れが大きい。
また、推進薬支持体の燃焼に第2イグナイタの燃焼エネルギーの一部が費やされるので、第2推進薬の燃焼に必要な燃焼エネルギーが不足し、第2推進薬の燃焼に至らない可能性もあった。
前面と外周面が第2断熱材で覆われ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推進薬の内面と後端面を覆い第1推進薬及び第2推進薬の燃焼火炎に耐える耐熱性と気密性及び可撓性を有する隔膜部材と、
圧力容器の前端部に内蔵された第2イグナイタと、を備え、
前記隔膜部材は、前端部が圧力容器に固定され第2推進薬の内面に沿って前記内面との間に筒状隙間を隔てて後方に延びる中空円筒形の円筒膜部を有し、
圧力容器の前端部は、第2イグナイタを内蔵する中空円筒形の着火室と、着火室の燃焼圧力を保持し着火火炎を円筒膜部より外側に噴射する複数の点火孔と、前記着火火炎を前記筒状隙間に導く環状隙間とを有し、
前記円筒膜部は、第1推進薬の燃焼圧力により第2推進薬の内面に密着し、前記筒状隙間を閉鎖する可撓性を有する、ことを特徴とするマルチパルスロケットモータが提供される。
該固定用リングは、第2推進薬の内面に沿って前記環状隙間より後方に筒状隙間の一部まで延び、第1推進薬の燃焼圧力による前記環状隙間の閉鎖を防止する。
前記複数の点火孔は、クロージャに設けられ、周方向に間隔を隔て、着火室から軸方向に貫通する複数の貫通孔であり、
前記口金は、半径方向内方へ延びるフランジ部を有し、該フランジ部は、前記点火孔から噴射される着火火炎を前記環状隙間に導く。
前記円筒膜部又はリング膜部の一部に、円筒膜部及びリング膜部より脆弱な脆弱部を有する。
また、円筒膜部が、第1推進薬の燃焼圧力により第2推進薬の内面に密着し、第2推進薬の内面との筒状隙間を閉鎖する可撓性を有するので、第1推進薬の燃焼圧力を第2推進薬の内面に密着した円筒膜部を介して第2推進薬自体で支持することができる。
さらに、円筒膜部が撓んで第2推進薬の内面に密着するので、第1推進薬の燃焼圧力が筒状隙間、環状隙間、点火孔を介して第2イグナイタまで伝わるのを防ぐことができる。
この図において、本発明のマルチパルスロケットモータMは、圧力容器10、第1推進薬20、第2推進薬22、及び隔膜部材30(サーマルバリア)を備える。
この図において、Z−ZはマルチパルスロケットモータMの中心軸である。
頭部閉鎖体14の中心軸上には、第1イグナイタ15が取り付けられており、第1推進薬20を任意のタイミングで着火し、燃焼させる。第1推進薬20の燃焼ガスG1(図5参照)は、第1推進薬20の中央開口を介して噴射ノズル18から後方(図で右方)へ噴出され、推力を発生させる。
また、第1推進薬20は、Z軸に沿って直列の連結された複数の推進薬で構成してもよい。
第1推進薬20と第2推進薬22は、同じ種類のコンポジット推進薬であっても、異なってもよい。
第2推進薬22の燃焼ガスG2は、隔膜部材30の破断部を通して噴射ノズル18から後方(図で右方)へ噴出され、推力を発生させる。
図2、図3において、モータケース12は、第1断熱材21と第2断熱材23のまわりに直接巻き付けられたCFRP製の内管12aと、内管12aの外側に巻き付けられたCFRP製の外管12bとからなる。
この構成により、第1推進薬20と第2推進薬22の燃焼圧に耐える圧力容器10を金属製よりも軽量化することができる。
中空円筒形の着火室Bは、第2イグナイタ16を内蔵する。複数の点火孔17aは、着火室Bの燃焼圧力を保持し着火火炎を円筒膜部32より外側に噴射する複数の貫通穴である。環状隙間17bは、第2イグナイタ16の着火火炎を筒状隙間19に導く。
また、クロージャ14bは、口金14aとの間に構成されたリング状空間である着火室B内に第2イグナイタ16を内蔵している。
なお、図3において、Oはシール材(例えばOリング)であり、口金14aとクロージャ14bの間、及びクロージャ14bと固定用リング31との間を気密にシールしている。
さらに、隔膜部材30の外面と第2推進薬22の内面との間には、上述した筒状隙間19が形成されている。
図4において、隔膜部材30は、上述した中空円筒形の円筒膜部32と、中空円板状のリング膜部34とを有する。
第1断熱材21及び第2断熱材23は、その境界面にそれぞれ軸方向内方に延びる円筒形の第1凹部21aと第2凹部23aを有する。また後端保持部35は、第1凹部21aと第2凹部23aにそれぞれ嵌合し接着された円筒形の第1凸部35aと第2凸部35bを有する。
第1凹部21aと第2凹部23aの深さ、及び第1凸部35aと第2凸部35bの長さは、後端保持部35に作用する燃焼圧力に耐える接着面積を有する。
高張力クロス材36は、好ましくは、炭素繊維、ケブラー繊維、又はガラス繊維である。
また各単一方向クロス材は、後端保持部35の内部に周方向に均等配置され、かつ繊維方向が半径方向に配向されている。
また、固定用リング31は、その先端31a(図で右端)が第2推進薬22の内面に沿って環状隙間17bより後方に筒状隙間19の一部まで延び、第1推進薬20の燃焼圧力による環状隙間17bの閉鎖を防止するようになっている。
固定用リング31は、円筒膜部32の前端部に作用する燃焼圧力に耐える接着面積を有する。
また、円筒膜部32が撓んで第2推進薬22の内面に密着するので、第1推進薬20の燃焼圧力が筒状隙間19、環状隙間17b、点火孔17aを介して第2イグナイタ16まで伝わるのを防ぐことができる。
この図において、(A)(B)は第1推進薬20の燃焼中と燃焼後、(C)(D)は第2推進薬22の着火時と燃焼中を示している。
さらに、円筒膜部32が撓んで筒状隙間19を閉鎖し、第1推進薬20の燃焼圧力が筒状隙間19、環状隙間17b、点火孔17aを介して第2イグナイタ16まで伝わるのを防ぐ。
なお、この際、固定用リング31により燃焼圧力を支持するので、環状隙間17b及び筒状隙間19の一部は閉鎖されない状態を保持する。
この際、隔膜部材30は燃焼ガスG2によりその表面を焼失するが、脱落を防止するため燃焼しない層を一定量以上残すように厚さが設定されている。そのため、隔膜部材30が脱落すること無く、第2推進薬22が燃焼を継続し、第2推進薬22の全てが燃焼して、第2パルスは終了する。
また、円筒膜部32が筒状隙間19を閉鎖する可撓性を有するので、第1推進薬20の燃焼圧力を第2推進薬22の内面に密着した円筒膜部32を介して第2推進薬自体で支持することができる。
さらに、円筒膜部32が撓んで第2推進薬22の内面に密着するので、第1推進薬20の燃焼圧力が筒状隙間19、環状隙間17b、点火孔17aを介して第2イグナイタ16まで伝わるのを防ぐことができる。
D フランジ部、G1、G2 燃焼ガス、O シール材(Oリング)、
10 圧力容器、12 モータケース、12a 内管、12b 外管、
14 頭部閉鎖体、14a 口金(ボス)、14b クロージャ、
15 第1イグナイタ、16 第2イグナイタ、17a 点火孔、
17b 環状隙間、18 噴射ノズル、19 筒状隙間、20 第1推進薬、
21 第1断熱材、21a 第1凹部、22 第2推進薬、23 第2断熱材、
23a 第2凹部、30 隔膜部材、31 固定用リング、32 円筒膜部、
33 脆弱部、34 リング膜部、35 後端保持部、35a 第1凸部、
35b 第2凸部、36 高張力クロス材
Claims (4)
- 外周面が第1断熱材で覆われ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、
前面と外周面が第2断熱材で覆われ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推進薬の内面と後端面を覆い第1推進薬及び第2推進薬の燃焼火炎に耐える耐熱性と気密性及び可撓性を有する隔膜部材と、
圧力容器の前端部に内蔵された第2イグナイタと、を備え、
前記隔膜部材は、前端部が圧力容器に固定され第2推進薬の内面に沿って前記内面との間に筒状隙間を隔てて後方に延びる中空円筒形の円筒膜部を有し、
圧力容器の前端部は、第2イグナイタを内蔵する中空円筒形の着火室と、着火室の燃焼圧力を保持し着火火炎を円筒膜部より外側に噴射する複数の点火孔と、前記着火火炎を前記筒状隙間に導く環状隙間とを有し、
前記円筒膜部は、第1推進薬の燃焼圧力により第2推進薬の内面に密着し、前記筒状隙間を閉鎖する可撓性を有する、ことを特徴とするマルチパルスロケットモータ。 - 前記円筒膜部は、その前端部に一体加硫成型により取り付けられた中空円筒形の固定用リングを有し、
該固定用リングは、第2推進薬の内面に沿って前記環状隙間より後方に筒状隙間の一部まで延び、第1推進薬の燃焼圧力による前記環状隙間の閉鎖を防止する、ことを特徴とする請求項1に記載のマルチパルスロケットモータ。 - 圧力容器の前端部は、圧力容器の前端に固定されたリング状の口金と、口金の内側に固定され口金との間に前記着火室を構成するリング状のクロージャと、を有し、
前記複数の点火孔は、クロージャに設けられ、周方向に間隔を隔て、着火室から軸方向に貫通する複数の貫通孔であり、
前記口金は、半径方向内方へ延びるフランジ部を有し、該フランジ部は、前記点火孔から噴射される着火火炎を前記環状隙間に導く、ことを特徴とする請求項1に記載のマルチパルスロケットモータ。 - 前記隔膜部材は、前記円筒膜部の後端に一体的に連結され第2推進薬の後端面に沿って半径方向外方に延び、外方端が第1断熱材と第2断熱材の間に挟持された中空円板状のリング膜部を有し、
前記円筒膜部又はリング膜部の一部に、円筒膜部及びリング膜部より脆弱な脆弱部を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のマルチパルスロケットモータ。
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