JP6360418B2 - ２パルスガスジェネレータ及び２パルスガスジェネレータの動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、２パルスガスジェネレータ及び２パルスガスジェネレータの動作方法に関する。

飛しょう体の運用においては、ターゲット接近時に終末誘導の高機動性を確保する手段として、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。なお、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。

上記に関連して、特許文献１（特許第４７１９１８２号）には、２パルスロケットモータが開示されている。この２パルスロケットモータは、圧力容器の内周面に装填された第２推進薬と、第２推進薬の端面に配置された第２点火装置と、第２推進薬の初期燃焼面全体と第２点火装置を覆う隔膜と、初期燃焼面全体と第２点火装置を覆う隔膜の全体を覆うように装填された第１推進薬とを備える。第１推進薬及び第２推進薬は、共に内面燃焼型または内端面燃焼型（ここで、内端面燃焼型とは、内面燃焼と端面燃焼とが併用される燃焼型を意味する。）の推進薬形状である。隔膜は、前記第２推進薬の内周面を覆う内側隔膜と第２推進薬の後面を覆う後側隔膜とにより構成される。後側隔膜と内側隔膜が会合する端部は、全周囲に亘って接合されている。

また、特許文献２（特開２０１３-２４０３４号）には、燃焼ガス供給制御機構が開示されている。この燃焼ガス供給制御機構は、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機構であり、圧力容器と、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、圧力容器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推進薬と、圧力容器の前方に取り付けられ燃焼ガス噴射孔を有する前部鏡板と、圧力容器の後方に取り付けられ、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、第１段パルス時に第１推進薬の燃焼ガスが前部鏡板の燃焼ガス噴射孔に流入することを遮断し、第２段パルス時に第２推進薬の燃焼ガスを前部鏡板の燃焼ガス噴射孔に供給する。

特許第４７１９１８２号 特開２０１３-２４０３４号公報

特許文献１に記載の２パルスロケットモータによれば、ターゲット接近時に飛しょう体を再加速することにより終末誘導時の高機動性を確保することができる。また、特許文献２に記載の燃焼ガス供給制御機構を備えた２パルスロケットモータによれば、ターゲット接近時に飛しょう体を再加速するとともにスラスタにより飛しょう体の軌道修正を行うことができ、終末誘導時に高性能な制御を行うことができる。一方で、スラスタを分離型にしてガスジェネレータの２パルス化を実現できれば、２パルスロケットモータと併用することにより、ロケットモータのパルス間やパルス発生時、また、ロケットモータの燃焼終了後にスラスタにより姿勢制御や軌道修正を行うことができ、終末誘導時に高性能な制御を行えるだけでなく、飛しょう体の運用領域（射程、高度）も拡大することができる。

スラスタ分離型を採用する場合、ガスジェネレータとロケットモータとの併用により圧力容器を２つ持つことになるため、構造重量や寸法が大きくなり飛しょう体の加速性能が悪くなる。また、スラスタ分離型を採用して飛しょう体

の運用領域（射程、高度）を拡大するためには、空気の薄い高高度において長時間小さな推力で飛しょう体の姿勢制御を行い、ターゲット接近時に短時間大きな推力で飛しょう体を再加速する制御が望ましいが、シングルパルスのガスジェネレータを用いてのスラスタのノズルの開度制御だけでその両極端な推力パターンを実現することは困難であり、ガスジェネレータを２パルス化してそれぞれのスラストパターンに適した形状や燃焼特性を有する推進薬を装填する必要がある。

本発明の目的は、コンパクトな構造で長時間小推力と短時間大推力の両極端な推力パターンを実現できる２パルスガスジェネレータを提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

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の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。

本発明の１つの観点において、ガスジェネレータ（１）は、圧力容器（２）と、外側推進薬（４）と、内側推進薬（３）と、隔膜（５）とを備える。前記外側推進薬（４）は、前記圧力容器（２）内に配置され、筒状である。前記内側推進薬（３）は、前記外側推進薬（４）の内側に配置され、柱状である。前記隔膜（５）は、前記外側推進薬（４）と前記内側推進薬（３）とを隔離する。また、前記内側推進薬（３）は、前記燃焼空間（６）に面する前方側の第１端面すなわち前方端面（Ｆ１）と側面（Ｆ２）とを備える。前記内側推進薬（３）の前記側面（Ｆ２）は、前記燃焼空間（６）から隔離されている。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記内側推進薬（３）の前記側面（Ｆ２）の全体が、前記隔膜（５）によって覆われていてもよい。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記内側推進薬（３）は、前記外側推進薬（４）よりも後方側に突出する突出部（３２）を備えていてもよい。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記隔膜（５）は、第１隔膜（５２）と第２隔膜（５４）とを備えていてもよい。前記第１隔膜（５２）は、前記外側推進薬（４）の前方端面（Ｆ４）と接してもよい。前記第２隔膜（５４）は、脆弱部（５６）を介して前記第１隔膜（５２）と接続されてもよい。また、前記第２隔膜（５４）は、前記外側推進薬（４）の内周面（Ｆ５）と接してもよい。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記第２隔膜（５４）は、前記外側推進薬（４）の前記前方端面（Ｆ４）及び前記内周面（Ｆ５）に接してもよい。また、前記脆弱部（５６）は、前記外側推進薬（４）の前記前方端面（Ｆ４）に面して配置されてもよい。前記第１隔膜と前記第２隔膜が会合する端部は、全周囲に亘って接合されていてもよい。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記外側推進薬（４）は、前記内側推進薬（３）よりも燃焼速度の速い推進薬であってもよい。

上記ガスジェネレータ（１）において、前記内側推進薬に点火する第１点火装置（７）と、前記外側推進薬に点火する第２点火装置（８）とを備えてもよい。前記第２点火装置（８）は、エネルギー伝達部（８４０、８８、８６０）を備えてもよい。前記エネルギー伝達部（８４０、８８、８６０）は、前記外側推進薬（４）の内周面（Ｆ５）にエネルギーを伝達するように構成されてもよい。

本発明の他の１つの観点において、ガスジェネレータの動作方法は、上記段落のいずれかに記載のガスジェネレータの動作方法である。ガスジェネレータの動作方法は、前記内側推進薬（３）の前記前方端面（Ｆ１）に着火するステップと、前記内側推進薬（３）の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬（３）の端面燃焼を進行させるステップと、前記外側推進薬（４）に着火するステップと、前記隔膜（５）を破断させるステップと、前記外側推進薬（４）の内周面燃焼と、前記外側推進薬（４）の端面燃焼とを同時進行させるステップとを備える。

本発明の他の１つの観点において、ガスジェネレータの動作方法は、上記段落のいずれかに記載のガスジェネレータの動作方法である。ガスジェネレータの動作方法は、前記内側推進薬（３）の前記前方端面（Ｆ１）に着火するステップと、前記内側推進薬（３）の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬（３）の端面燃焼を進行させるステップと、前記外側推進薬（４）に着火するステップであって、前記内側推進薬（３）の前記突出部（３２）の燃焼中に前記外側推進薬（４）に着火するステップと、前記隔膜（５）を破断させるステップと、前記外側推進薬（４）の内周面燃焼と、前記外側推進薬（４）の端面燃焼とを同時進行させるステップとを備える。

本発明により、コンパクトな構造で長時間小推力と短時間大推力の両極端な推力パターンを実現できる２パルスガスジェネレータを提供することができる。

図１は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図であって、推進薬燃焼前の状態を示す図である。 図２は、実施形態に係るガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。 図３は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図であって、隔膜破断後の状態を示す図である。 図４は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図であって、推進薬燃焼前の状態を示す図である。 図５は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図であって、第２点火装置の作動によって、隔膜が破断した後の状態を示す図である。 図６は、図５のＡ−Ａ矢視断面図である。 図７は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図８は、実施形態に係るガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。 図９は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。 図１０は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。 図１１は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。 図１２は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。 図１３は、スラスタの概略断面図を示す。 図１４は、ロケットモータの概略断面図を示す。

以下、添付図面を参照して、実施形態の説明を行う。

（方向の定義）
図１、４に示されるように、ガスジェネレータ１の基軸Ｃに沿って、内側推進薬３から燃焼空間６に向かう方向を「第１方向」、燃焼空間６から内側推進薬３に向かう方向を「第２方向」と定義する。「第２方向」は、「第１方向」と反対の方向である。なお、本明細書において、便宜的に、「第１方向」を「前方」、「第２方向」を「後方」という。しかし、ガスジェネレータの種類等によっては、第１方向が後方であり、第２方向が前方である場合もあり得る。この場合、明細書における「前方」の表現は、「後方」に読み替えられるべきであり、明細書における「後方」の表現は、「前方」に読み替えられるべきである。

（ガスジェネレータの概略構成）
図１は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図１は、推進薬の燃焼前の状態を示す。

図１を参照して、ガスジェネレータの概略構成について説明する。本実施形態において、ガスジェネレータは、２パルスガスジェネレータ１である。２パルスガスジェネレータ１は、圧力容器２、内側推進薬３、外側推進薬４、隔膜５、及び、燃焼空間６を有している。

圧力容器２内には、内側推進薬３、外側推進薬４、隔膜５、及び、燃焼空間６が配置される。外側推進薬４の形状は、筒状である。筒状には、例えば、円筒形状が含まれる。内側推進薬３は、外側推進薬４の内側に配置される。内側推進薬３の形状は、柱状である。柱状には、例えば、円柱形状が含まれる。内側推進薬３は、燃焼前の状態において、前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）及び側面Ｆ２を備える。外側推進薬４と内側推進薬３とは、隔膜５によって隔離されて配置されている。外側推進薬４と燃焼空間６とは、隔膜５によって隔離されている。内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）は、燃焼空間６と面している。換言すれば、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）は、燃焼空間６と接している。他方、内側推進薬３の側面Ｆ２は、隔膜５によって覆われている。このため、内側推進薬３の側面Ｆ２は、燃焼空間６に面していない。換言すれば、内側推進薬３の側面Ｆ２は、燃焼空間６から隔離されている。

（ガスジェネレータの動作方法の概略）
次に、図１〜３を参照して、２パルスガスジェネレータ１の動作方法について概略説明する。図２は、ガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。第１のステップＳ１において、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）に着火させる。内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）は、内側推進薬３の初期燃焼面である。第２のステップＳ２において、内側推進薬３の端面燃焼が進行し、燃焼ガスが生成される。なお、内側推進薬３の側面Ｆ２は、隔膜５によって覆われているため、内側推進薬３の側面燃焼は防止される。第３のステップＳ３において、外側推進薬４に着火させる。外側推進薬４の着火により、燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスによって、隔膜５と外側推進薬４との間に空間が形成される。当該空間内の圧力は、燃焼ガスの生成に伴い上昇する。第４のステップＳ４において、前記空間内の圧力の上昇に起因して、隔膜５は破断する。なお、隔膜５を予め決められた位置で破断させたい場合には、隔膜５に脆弱部を設けておけばよい。図３は、隔膜５の破断後の２パルスガスジェネレータ１を示す概略断面図である。図３において、内側推進薬３の端面燃焼の進行に伴い、内側推進薬３の前方側の端面は、前方端面Ｆ１’となっている。隔膜５の破断後、外側推進薬４の内周面を覆っていた隔膜５は、内側（すなわち、内側推進薬３の消失によって形成された空間の側）に向かって移動又は変形する。また、外側推進薬４の前方端面を覆っていた隔離部材５は、前方側に向かって移動又は変形する。このため隔離部材５の破断後、外側推進薬４の内周面及び前方端面は、燃焼空間６に面することとなる。第５のステップにおいて、外側推進薬４は、燃焼空間６に面する内周面及び前方端面から燃焼が進行する。すなわち、第５のステップにおいては、外側推進薬４の内周面燃焼と、外側推進薬４の端面燃焼とが同時進行する。外側推進薬４の内周面燃焼及び端面燃焼の進行により、燃焼ガスが生成される。

内側推進薬３の燃焼は、端面燃焼である。端面燃焼は、端面燃焼と側面燃焼とが同時進行する場合と比較して、燃焼面積が小さく、燃焼時間が長い。このため、内側推進薬３の燃焼は、低推力で長期間の燃焼である。これに対し、外側推進薬４の燃焼は、内周面燃焼及び端面燃焼である。内周面燃焼及び端面燃焼は、端面燃焼単独の場合と比較して、燃焼面積が大きく、燃焼時間が短い。このため、外側推進薬４の燃焼は、高推力で短時間の燃焼である。以上のとおり、本実施形態のガスジェネレータ及びガスジェネレータの動作方法によれば、低推力長期間の第１パルスと、高推力短時間の第２パルスとを実現することができる。また、本実施形態では、外側推進薬４の内側に内側推進薬３が配置されているので、ガスジェネレータの大きさをコンパクトにすることが可能である。さらに、隔膜５の破断後、外側推進薬４の内周面を覆っていた隔膜５は、内側推進薬３の消失によって形成された空間の側に移動又は変形するため、隔膜５が、外側推進薬４の内周面燃焼の邪魔になることがない。

（ガスジェネレータの詳細構成）
図４は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図４は、推進薬の燃焼前の状態を示す。

図１で説明した部材については、図４において、同じ図番を用いている。すなわち、図４における２パルスガスジェネレータ１、圧力容器２、内側推進薬３、外側推進薬４、隔膜５、燃焼空間６、燃焼前の内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）、内側推進薬３の側面Ｆ２、基軸Ｃは、図１における２パルスガスジェネレータ１、圧力容器２、内側推進薬３、外側推進薬４、隔膜５、燃焼空間６、燃焼前の内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）、内側推進薬３の側面Ｆ２、基軸Ｃと、同じ部材である。

（圧力容器）
圧力容器２は、容器部２２及び蓋部２４を含む。容器部２２及び蓋部２４は、ボルト２６によって連結される。容器部２２、蓋部２４、及び、ボルト２６は、内側推進薬３及び外側推進薬４の燃焼時に発生する圧力に耐えることのできるような材料により、構成される。

容器部２２は、概略円筒形状の側壁と、底部とを含む。容器部２２の底部の形状は、部分球殻形状としてもよい。容器部２２の底部の形状を部分球殻形状とすることで、圧力容器２の耐圧性能が向上する。ここで、部分球殻形状とは、球殻を平面で切断してできる２つの部分球殻のうちの小さい方の部分球殻の形状、及び、当該小さい方の部分球殻の形状に類似する形状と定義される。容器部２２の底部の内側に、金属板２３を設けてもよい。当該金属板２３に隔膜５を接着すれば、隔膜５を安定的に保持することができる。

蓋部２４の形状は、部分球殻形状としてもよい。蓋部２４の形状を部分球殻形状とすることで、蓋部２４の耐圧性能が向上する。蓋部２４の内面には、蓋部２４の耐熱保護のために保護膜２５を配置してもよい。保護膜２５の材料としては、例えば、隔膜５と同じ材料を用いることができる。また、蓋部２４には、他の装置（後述のスラスタ又はノズル部等）と接続するための第１接続部材２７が設けられている。蓋部２４、保護膜２５、及び、第１接続部材２７には、内側推進薬３及び外側推進薬４の燃焼によって生成される燃焼ガスを圧力容器２の外部に放出するために、１又は複数の燃焼ガス噴射孔９が設けられている。

なお、蓋部２４、及び、容器部２２の底部の形状は、設計上の制約等に応じて、部分球殻形状以外の形状を採用することも可能である。

（内側推進薬）
内側推進薬３の形状は、柱状である。内側推進薬３の形状は、例えば、中実の柱状である。ここで、中実には、厳密な意味での中実の他に、実質的に中実であることが包含される。例えば、内側推進薬３の内部に多少のボイドが含まれていたとしても、内側推進薬３の主たる燃焼モードが端面燃焼であると言える場合には、当該内側推進薬３の形状は、中実形状に属するものとする。なお、内側推進薬３の形状として、中実の円柱形状を採用した場合には、内側推進薬３の側面Ｆ２を覆う隔膜５の面積を最小化することができる。内側推進薬３は、前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）と側面Ｆ２の他に、後方側の端面である後方端面Ｆ３（第２端面Ｆ３）を備える。

内側推進薬３の側面Ｆ２及び後方端面Ｆ３は、隔膜５の内面に接着され、隔膜５を介して、外側推進薬４及び金属板２３によって支持される。内側推進薬３と隔膜５との接着は、接着剤による接着であってもよい。

内側推進薬３に関し、長秒時の燃焼(すなわち、相対的に長い時間の燃焼)を可能とするために、内側推進薬に添加する添加剤等の種類又は量が調整されていてもよい。

（外側推進薬）
外側推進薬４の形状は、筒状である。筒状には、円筒状が含まれる。外側推進薬４は、燃焼前の状態において、前方端面Ｆ４、内周面Ｆ５、及び、後方端面Ｆ６を備える。外側推進薬４は、その外周面において、圧力容器２によって支持されている。例えば、外側推進薬４の外周面は、接着剤を介して、圧力容器２の内面に接着されている。外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５は、隔膜５の外面に接着している。外側推進薬４と隔膜５との接着は、接着剤による接着であってもよい。

外側推進薬４に関し、短秒時の燃焼（すなわち、相対的に短い時間の燃焼）を可能とするために、外側推進薬に添加する添加剤等の種類又は量が調整されていてもよい。

（隔膜）
隔膜５は、外側推進薬４及び後述の第２点火装置８の耐熱保護などを目的として設けられている。隔膜５の材料としては、例えば、弾性体が用いられる。例えば、隔膜５として、ＥＰＤＭゴム、シリコーンゴム、及びケブラ繊維などの無機繊維を含有するシリコーンゴムなどが用いられる。隔膜５として、弾性体を用いることにより、隔膜５の破断後の隔膜５の変形が容易となる。

隔膜５は、第１隔膜５２及び第２隔膜５４を備えるようにしてもよい。第１隔膜５２は、外側推進薬４の前方端面Ｆ４に接して配置される。第２隔膜５４は、外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５に接して配置される。第１隔膜５２と第２隔膜５４とは、脆弱部５６を介して接続される。脆弱部５６は、第１隔膜５２と第２隔膜５４とを接着する接着剤により構成されてもよいし、切欠き溝等によって構成されてもよい。代替的に、あるいは、付加的に、脆弱部５６は、接着剤による接着と切欠き溝との併用によって構成されてもよいし、接着剤に切欠きを入れることによって構成されてもよい。脆弱部５６は、燃焼空間６に面する位置に配置される。また、脆弱部５６は、燃焼空間６に面するとともに、第１隔膜５２と第２隔膜５４との境界に配置される環状の脆弱部であってもよい。第１隔膜５２と第２隔膜５４とが会合する端部は、全周囲に亘って接合されている。そして、全周囲に亘っての接合は、環状の脆弱部を介した接合であってもよい。なお、図４に示される実施形態では、脆弱部５６は、外側推進薬４の前方端面Ｆ４に面して配置されているが、代替的に、外側推進薬４の内周面Ｆ５に面して配置されてもよい。また、図４に示される実施形態では、内側推進薬３の側面Ｆ２の全体、及び、後方端面Ｆ３の全体が第２隔膜５４によって覆われている。

（燃焼空間）
燃焼空間６は、内側推進薬３の燃焼前の状態では、蓋部２４（又は、保護膜２５）と、隔膜５と、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）とによって規定される空間である。内側推進薬３が端面燃焼するにつれて、内側推進薬３の第１端面Ｆ１（すなわち、前方端面）は後方に後退する。この場合、燃焼空間６は、蓋部２４（又は、保護膜２５）と、隔膜５と、内側推進薬３の前方端面Ｆ１’（必要であれば、図１０を参照。）と、によって規定される。外側推進薬４への着火により隔膜５が脆弱部５６において破断された後は、内側推進薬３の前方端面Ｆ１’に加えて、外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５が、燃焼空間６に対して露出することとなる。外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５は、外側推進薬４の初期燃焼面である。

（内側推進薬と外側推進薬の位置関係）
内側推進薬３は、外側推進薬４よりも内側に配置される。すなわち、内側推進薬３の外側側面である側面Ｆ２と基軸Ｃとの間の距離は、外側推進薬４の内周面Ｆ５と基軸Ｃとの間の距離より小さい。内側推進薬３が、外側推進薬４よりも内側に配置されることによって、２パルスガスジェネレータ１のサイズをコンパクトにすることができる。

内側推進薬３は、オーバーラップ部３０と突出部３２とを備える。内側推進薬３と外側推進薬４とは、オーバーラップ部３０において、基軸Ｃ方向に沿ってオーバーラップしている。内側推進薬３と外側推進薬４とのオーバーラップ長さは、Ｌ１である。内側推進薬３のオーバーラップ部３０の燃焼が終了し、かつ、隔膜５の脆弱部５６が破断されると、第２隔膜５４は内側に向かって移動又は変形可能となる。第２隔膜５４が、内側に向かって移動又は変形することにより、外側推進薬４の内周面Ｆ５は、燃焼空間６に面することとなる。

内側推進薬３の突出部３２は、外側推進薬４よりも後方側に突出する。後方とは、燃焼空間６から内側推進薬３に向かう方向、すなわち、内側推進薬３の燃焼が進行する方向を意味する。突出部３２の基軸Ｃ方向に沿った長さは、Ｌ２である。換言すれば、内側推進薬３の後方端面Ｆ３（第２端面）Ｆ３は、外側推進薬４の後方端面Ｆ６よりも、距離Ｌ２だけ後方側に位置している。突出部３２が存在することにより、内側推進薬３の突出部３２の燃焼中に、外側推進薬４に着火させて脆弱部５６を破断させ、隔膜５を内側に向かって移動又は変形させることが可能となる。このため、内側推進薬３の燃焼による燃焼ガス生成中に、外側推進薬４の燃焼による燃焼ガスを生成させることができ、燃焼ガス生成パターン設計の自由度が向上する。

なお、オーバーラップ部３０の基軸Ｃに垂直な断面の断面積は、基軸Ｃに沿って一定としてもよい。オーバーラップ部３０の断面積を基軸Ｃに沿って一定とすることで、オーバーラップ部３０の燃焼時の推力を一定とすることができる。また、突出部３２の基軸Ｃに垂直な断面の断面積は、基軸Ｃに沿って一定としてもよい。突出部３２の断面積を基軸Ｃに沿って一定とすることで、突出部３２の燃焼時の推力を一定とすることができる。さらに、オーバーラップ部３０の基軸Ｃに垂直な断面の断面積と、突出部３２の基軸Ｃに垂直な断面の断面積とを等しくしてもよい。オーバーラップ部３０の断面積と突出部３２の断面積とを等しくすることで、オーバーラップ部３０の燃焼時の推力と、突出部３２の燃焼時の推力とを等しくすることができる。

（第１点火装置）
第１点火装置７は、内側推進薬３を燃焼させる為のエネルギーを生成するために設けられる。第１点火装置は、２パルスガスジェネレータ１の前方側に設けられる。好ましくは、第１点火装置７は、蓋部２４に取り付けられる。第１点火装置７は、基軸Ｃ上に設けられると、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）に正対することとなり、前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）への着火の観点からみて有利な配置となる。第１点火装置７としては、例えば、点火用のガスを発生させるイグモータ（パイロゲン型点火器）、レーザーダイオードなどを用いることができる。

（第２点火装置）
第２点火装置８は、外側推進薬４を燃焼させる為のエネルギーを生成するために設けられる。図５〜図７に、第２点火装置の詳細を示す。図５は、実施形態に係るガスジェネレータを示す概略断面図である。図５は、第２点火装置８の作動によって、隔膜５が破断した後の状態を示す。なお、図５において、第２点火装置８を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。図６は、図５のＡ−Ａ矢視断面図であり、図７は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。

第２点火装置８は、２パルスガスジェネレータ１の後方側に設けられる。第２点火装置８は、点火器８２（例えば、点火用のガスを発生させるイグモータ、すなわち、パイロゲン型点火器）、第１リング部材８４、及び、第２リング部材８６を備える。第１リング部材８４には、第１通路８４０が設けられ、第２リング部材８６には、複数の第２通路８６０が設けられる。また、第１リング部材８４と第２リング部材８６との間には、環状空間８８が形成される。第１通路８４０と、環状空間８８と、第２通路８６０とは、点火器８２で発生したエネルギーを後述の着火ポイントに伝達するエネルギー伝達部を構成する。第１リング部材８４の第１通路８４０は、点火器８２によって生成された点火用ガスを、第１リング部材８４と第２リング部材８６の間の環状空間８８に導くように構成される。第２リング部材８６は、リングの周方向に垂直な断面が、略Ｌ字形状のリング部材である。第２リング部材８６の複数の第２通路８６０は、リングの周方向に等間隔に設けられる。そして、複数の第２通路８６０は、環状空間８８に導かれた点火用ガスを、外側推進薬４の着火ポイントに導く。ここで、着火ポイントは、好ましくは、外側推進薬４の内周面Ｆ５である。なお、外側推進薬４の内周面Ｆ５には、外側推進薬４の後方端面Ｆ６と、外側推進薬４の内周面Ｆ５との境界部（換言すれば、会合部）が包含される。内周面Ｆ５（会合部を含む）に点火用ガスを導き、内周面Ｆ５から外側推進薬４の燃焼を開始させることによって、外側推進薬４と隔膜５との剥離が確実に行われる。なお、外側推進薬４の前記会合部は、点火用ガスの導入を促進するために、面取り等がされていてもよい。面取りに代えて、あるいは、面取りに加えて、会合部に溝を形成してもよい。

（ガスジェネレータの動作方法の詳細）
次に、図８〜１２を参照して、２パルスガスジェネレータの動作方法について詳細説明する。図８は、ガスジェネレータの動作手順を示すフローチャートである。また、図９〜１２は、作動中のガスジェネレータの概略断面図を示す。

図８、９に示されるように、第１のステップＳ１において、第１点火装置７を作動させる。第１点火装置７により生成される点火エネルギーは、燃焼空間６中を伝播し、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）に到達する。点火エネルギーの到達によって、内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）は、着火される。すなわち、内側推進薬３の初期燃焼面は、前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）である。内側推進薬３の前方端面Ｆ１（第１端面Ｆ１）は、燃焼空間６に接しているため、第１点火装置７による着火は、円滑に行われる。

図８、１０に示されるように、第２のステップＳ２において、内側推進薬３の端面燃焼が進行し、燃焼ガスが生成される。端面燃焼は、概ね一定速度で進行し、内側推進薬３の前方端面Ｆ１’は、概ね一定速度で、後方側に移動することとなる。内側推進薬３の側面Ｆ２は、隔膜５によって覆われているため、内側推進薬３の側面燃焼は防止される。また、外側推進薬４は、隔膜５を介して、燃焼空間６から隔離されているため、外側推進薬４の燃焼は防止される。

第２のステップＳ２において、内側推進薬３のオーバーラップ部３０の燃焼終了に続いて、内側推進薬３の突出部３２の端面燃焼が進行する。オーバーラップ部３０及び突出部３２の端面燃焼により発生する燃焼ガスは、燃焼ガス噴射孔９を介してガスジェネレータの外部に放出される。

第２のステップＳ２における内側推進薬３の燃焼は、長秒時継続する（すなわち、相対的に長い時間継続する）。内側推進薬３の燃焼が、燃焼面積が相対的に小さい端面燃焼であるため、長秒時燃焼が可能となる。なお、内側推進薬３の材料を、燃焼速度の遅い推進薬とすれば、内側推進薬３の燃焼時間を、更に長期化させることが可能である。また、第２のステップにおいて、内側推進薬３の燃焼により、単位時間当たりに発生する燃焼ガスの量は、後述の外側推進薬４の燃焼により、単位時間当たりに発生する燃焼ガスの量よりも小さい（換言すれば、内側推進薬３の燃焼による推力は、外側推進薬４の燃焼による推力よりも小さい）。

図８に示されるように、第３のステップＳ３において、突出部３２の燃焼中に、第２点火装置８を作動させる。第２点火装置８の作動により、外側推進薬４の内周面Ｆ５に、点火用ガスが供給される。点火用ガスの供給によって、外側推進薬４の内周面Ｆ５は、着火される。外側推進薬４の着火により、燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスによって、隔膜５と外側推進薬４の内周面Ｆ５との間に空間が形成される。当該空間内の圧力は、燃焼ガスの生成に伴い上昇する。

図８、１１に示されるように、第４のステップＳ４において、前記空間（隔膜５と外側推進薬４の内周面Ｆ５との間の空間）内の圧力の上昇に起因して、隔膜５の脆弱部５６は破断する。脆弱部５６の破断によって、隔膜５は、第１隔膜５２と第２隔膜５４とに分離される。脆弱部５６の破断によって、外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５は、燃焼空間６に面することとなる。なお、外側推進薬４の前方端面Ｆ４及び内周面Ｆ５は、初期燃焼面として機能する。

なお、脆弱部５６を、外側推進薬４の前方端面Ｆ４に面して配置した場合には、脆弱部５６を、外側推進薬４の前方端面Ｆ４と内周面Ｆ５との間のコーナー部に配置した場合と比較して、第１隔膜５２の外周端から第１隔膜５２の内周端までの距離が短くなる。また、脆弱部５６を、外側推進薬４の前方端面Ｆ４に面して配置した場合には、脆弱部５６を、外側推進薬４の内周面Ｆ５に面して配置した場合と比較して、第１隔膜５２の外周端から第１隔膜５２の内周端までの距離が短くなる。このため、脆弱部５６の破断後に、第１隔膜５２の内周端が前方に向かってバタつく場合であっても、第１隔膜５２の内周端が燃焼ガス噴射孔９と干渉する等の問題が発生しにくい。また、第１隔膜５２と第２隔膜５４とが環状の脆弱部５６を介して接合されている場合には、脆弱部５６の破断後に、前記第１隔膜５２は、リング形状の隔膜となる。リング形状の隔膜は、その内周端が振動すること、あるいははためくことが少ない。よって、第１隔膜５２の内周端が燃焼ガス噴射孔９と干渉する等の問題が発生しにくい。

図８、１２に示されるように、第５のステップＳ５において、外側推進薬４の内周面燃焼と、外側推進薬４の端面燃焼とが同時進行する。また、外側推進薬４の燃焼初期においては、内側推進薬３の突出部の端面燃焼も同時進行している。すなわち、内側推進薬３の燃焼終了の前に、外側推進薬４の燃焼が開始される。このため、内側推進薬３の燃焼終了後に、一時的に燃焼ガスの発生が停止する現象（内側推進薬３の燃焼終了後に、一時的に推力が低下する現象）を防止することができる。なお、内側推進薬３の燃焼終了と、外側推進薬４の燃焼終了のタイミングは、内側推進薬３の燃焼終了が先であってもよいし、外側推進薬４の燃焼終了が先であってもよい。内側推進薬３の端面燃焼により発生する燃焼ガス、並びに、外側推進薬４の内周面燃焼及び端面燃焼により発生する燃焼ガスは、燃焼ガス噴射孔９を介してガスジェネレータの外部に放出される。

第５のステップにおける外側推進薬４の燃焼は、短秒時継続する（すなわち、相対的に短い時間継続する）。外側推進薬４の燃焼が、燃焼面積が相対的に大きい内周面燃焼を含むため、高推力の短秒時燃焼が可能となる。なお、外側推進薬４の材料を、燃焼速度の速い推進薬とすれば、外側推進薬４の燃焼による単位時間当たりの燃焼ガス発生量、すなわち、推力を更に増加させることが可能である。

本実施形態では、単位時間当たりの燃焼ガス生成量が長秒時にわたって概ね一定である第１パルスと、高推力を実現可能な多量の燃焼ガス生成が短秒時に行われる第２パルスとを連続して発生させることが可能な、ガスジェネレータを提供することができる。

（ガスジェネレータの適用例）
上記で説明した実施形態のガスジェネレータは、燃焼ガス噴射装置に適用することができる。以下において、ガスジェネレータを、燃焼ガス噴射装置の一形態であるスラスタに適用した例と、燃焼ガス噴射装置の一形態であるロケットモータに適用した例とについて、説明する。

（スラスタ）
図１３は、上記で説明したガスジェネレータをスラスタに適用した例を示す概略断面図である。なお、図１３において、スラスタ部を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。２パルスガスジェネレータ１の第１接続部材２７に、スラスタ部１０００が接続される。スラスタ部１０００は、ガスジェネレータ１の前方側に配置される。スラスタ部１０００は、燃焼ガス噴射孔９の個数に併せて複数配置されてもよい。スラスタ部１０００は、例えば、基軸Ｃの回りに等間隔で配置される。スラスタ部１０００は、各燃焼ガス噴射孔９から導入された燃焼ガスを、前後方向に対して直交する方向へ向けて噴射するように構成されている。このスラスタ部１０００により、飛しょう体の姿勢制御を行うことができる。本実施形態では、２パルスガスジェネレータ１が、２段階で推進薬を燃焼させることができるので、飛しょう体の姿勢を細かく制御することができる。

（ロケットモータ）
図１４は、上記で説明したガスジェネレータをロケットモータに適用した例を示す概略断面図である。なお、図１４において、ノズル部を構成する部材以外のいくつかの部材については、図番を省略して記載している。図１４において、ロケットモータの前方が、上記で説明したガスジェネレータの後方に対応し、ロケットモータの後方が、上記で説明したガスジェネレータの前方に対応することに留意されるべきである。２パルスガスジェネレータ１の第１接続部材２７にノズル部２０００が接続される。ノズル部２０００は、２パルスガスジェネレータ１の前方側（ロケットモータの後方側）に配置される。ノズル部２０００は、燃焼ガス噴射孔９の個数に併せて複数配置されてもよい。ノズル部２０００は、例えば、基軸Ｃの回りに等間隔で配置される。ノズル部２０００は、各燃焼ガス噴射孔９から導入された燃焼ガスを、後方向に噴射するように構成されている。このように、２パルスガスジェネレータ１をロケットモータに適用すれば、２段階で推進力を得ることが可能になる。

なお、本開示において、円筒状の用語は、厳密な意味での円筒状に限定されない。長手方向に垂直な断面形状が、概ね円又はリングである物体であれば、その物体の形状は、円筒形状に属する。また、本開示において、筒状とは、貫通孔が設けられた形状を意味する。

本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。例えば、実施形態に係る２パルスガスジェネレータに、別の１パルスを付加して、３パルスガスジェネレータとすることも可能である。また、内側推進薬の形状として円柱形状を採用するのに代えて、円筒形状を採用することも可能である。この場合、円筒の内側側面の全体を内側隔膜で覆うとともに、円筒の外側側面の全体を外側隔膜によって覆うことによって、内側推進薬の側面燃焼を防止することができる。また、各実施形態で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態にも適用可能である。

１ ：ガスジェネレータ（２パルスガスジェネレータ）
２ ：圧力容器
３ ：内側推進薬
４ ：外側推進薬
５ ：隔膜
６ ：燃焼空間
７ ：第１点火装置
８ ：第２点火装置
９ ：燃焼ガス噴射孔
２２ ：容器部
２３ ：金属板
２４ ：蓋部
２５ ：保護膜
２６ ：ボルト
２７ ：第１接続部材
３０ ：オーバーラップ部
３２ ：突出部
５２ ：第１隔膜
５４ ：第２隔膜
５６ ：脆弱部
８２ ：点火器
８４ ：第１リング部材
８６ ：第２リング部材
８８ ：環状空間
８４０ ：第１通路
８６０ ：第２通路
１０００ ：スラスタ部
２０００ ：ノズル部
Ｃ ：基軸
Ｆ１ ：第１端面（前方端面）
Ｆ１’ ：前方端面
Ｆ２ ：側面
Ｆ３ ：第２端面（後方端面）
Ｆ４ ：前方端面
Ｆ５ ：内周面
Ｆ６ ：後方端面
Ｌ１ ：オーバーラップ部の長さ
Ｌ２ ：突出部の長さ

Claims (11)

1. 圧力容器と、
   前記圧力容器内に配置された外側推進薬と、前記外側推進薬は筒形状を有し、
   前記外側推進薬の内側に配置された内側推進薬と、前記内側推進薬は柱状形状を有し、
   前記外側推進薬と前記内側推進薬とを互いに隔離する隔膜と、
   前記内側推進薬に点火するように構成された第１点火装置と、
   前記外側推進薬に点火するように構成された第２点火装置と
   を具備し、
   前記内側推進薬は、前記圧力容器内の燃焼空間に面する前方端面と側面とを有し、
   前記内側推進薬の前記側面は、前記燃焼空間から隔離されており、
   前記隔膜は、
   前記外側推進薬の前方端面を覆う第１隔膜と、
   脆弱部を介して前記第１隔膜と接続され、前記外側推進薬の内周面を覆う第２隔膜とを備え、
   前記脆弱部は、前記燃焼空間に面し、
   前記第２隔膜は、前記外側推進薬の前記前方端面及び前記外側推進薬の前記内周面を覆い、
   前記脆弱部は、前記外側推進薬の前記前方端面に面し、
   前記第１隔膜の端部と前記第２隔膜の端部は、全周囲に亘って互いに接合され、
   前記第２点火装置は、前記脆弱部と反対側にもうけられている
   ガスジェネレータ。
2. 請求項１に記載のガスジェネレータにおいて、
   前記内側推進薬の前記側面の全体が、前記隔膜によって覆われている
   ガスジェネレータ。
3. 請求項１又は２に記載のガスジェネレータにおいて、
   前記内側推進薬は、前記外側推進薬よりも更に後方側に突出する突出部を備える
   ガスジェネレータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスジェネレータにおいて、
   前記外側推進薬の燃焼速度は、前記内側推進薬の燃焼速度より速い
   ガスジェネレータ。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスジェネレータにおいて、
   前記第２点火装置は、エネルギー伝達部を備え、前記エネルギー伝達部は、前記外側推進薬の前記内周面にエネルギーを伝達するように構成される
   ガスジェネレータ。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガスジェネレータであって、
   エネルギー伝達部は、点火器により生成されたエネルギーを点火点に伝達するように構成されている
   ガスジェネレータ。
7. 請求項６に記載のガスジェネレータであって、
   前記第２点火装置は、
   前記点火器と、
   第１リング部材と、
   第２リング部材と
   を備える
   ガスジェネレータ。
8. 請求項６に記載のガスジェネレータであって、
   第１通路は、前記第１リング部材内に設けられ、
   第２通路は、前記第２リング部材内に設けられ、
   環状空間は、前記第１リング部材と前記第２リング部材との間に形成される
   ガスジェネレータ。
9. 請求項８に記載のガスジェネレータであって、
   前記第１通路、前記環状空間、及び前記第２通路は前記エネルギー伝達部を構成する
   ガスジェネレータ。
10. 請求項１又は２に記載のガスジェネレータの動作方法であって、
    前記内側推進薬の前記前方端面に着火するステップと、
    前記内側推進薬の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬の端面燃焼を進行させるステップと、
    前記外側推進薬に着火するステップと、
    前記隔膜を破断させるステップと、
    前記外側推進薬の内周面燃焼と、前記外側推進薬の端面燃焼とを同時進行させるステップと
    を具備する
    ガスジェネレータの動作方法。
11. 請求項３に記載のガスジェネレータの動作方法であって、
    前記内側推進薬の前記前方端面に着火するステップと、
    前記内側推進薬の側面燃焼を防止しつつ、前記内側推進薬の端面燃焼を進行させるステップと、
    前記内側推進薬の前記突出部の燃焼中に前記外側推進薬に着火するステップと、
    前記隔膜を破断させるステップと、
    前記外側推進薬の内周面燃焼と、前記外側推進薬の端面燃焼とを同時進行させるステップと
    を具備する
    ガスジェネレータの動作方法。

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