JPH01313660A - フィンを統合した複合材料製ロケットモーターとその製造方法 - Google Patents

フィンを統合した複合材料製ロケットモーターとその製造方法

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JPH01313660A
JPH01313660A JP1103580A JP10358089A JPH01313660A JP H01313660 A JPH01313660 A JP H01313660A JP 1103580 A JP1103580 A JP 1103580A JP 10358089 A JP10358089 A JP 10358089A JP H01313660 A JPH01313660 A JP H01313660A
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    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/32—Constructional parts; Details not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複合材料製ロケットモーターに複合材料製フ
ィンを統合する技術に関する（以下“複合材料製”を“
複合″と言う）。
［従来の技術及びその課８］ その高い操縦性の故に、ロケットの翼面（フィン）に掛
る大きな力はロケットモーターのチューブによって処理
する必要があり、このためフィンとチューブの機械的接
続は重要である。
現在使用されているロケットは、フィンが固定される局
部的アンカー点を持っている。発生する局部応力に対抗
するために、ロケットの中に枠部材を挿入するか、又は
チューブの壁厚を局部的に厚くする必要がある。これに
よる固体燃料の搭裁量の損失に加えて、これらの解決策
は、その断面の複雑性の故に、チューブを再使用する場
合大きな欠点を伴い、従って製作費上昇の大きな原因と
なる。更にこれに加えて、このような構造に於いては、
ロケットの強度に対するフィンの寄与に自ずと限界が生
ずる。
１つの改善策として、ロケットの金属チューブにフィン
を溶接する方法がある。この場合は、局部的強化が除外
され、フィンがロケットの強度により良く貢献する。し
かしながら、このような解決策は複合ロケットには適用
出来ない。
現在、複合フィンを持った複合ロケットは既に作られて
いるが、この場合、フィンが金属枠に局部的に固定され
ており、従って、この場合も又局部的に固定されたフィ
ンを持つロケットの持つ上述した如き欠点が再発する。
本発明の目的は、複合ロケットモーターの改善された製
造方法を提供することで、この場合、複合フィンをロケ
ットの構造体に統合し、フィンがロケットの強度に寄与
し得る如くにし、これにより、大量の燃料の搭載を可能
とし、一方、内外面共平滑な構造体を得る如くにするこ
とである。
［課題を解決するための手段］ 本発明が提供する複合フィンを持つ複合ロケットの製造
方法は次の点を特徴としている、即ち、（ａ）管状のプ
レホームと、フィンと、及びフィン支持体と、を個別に
作り、 この場合、上記フィンとフィン支持体とが、重合可能の
バインダーを含浸させた繊維質の布を重ね、次にこのバ
インダーを重合させることにより、少なくとも部分的に
形成され、一方、上記管状プレホームが、少なくとも部
分的に、糸を巻くことと、重合可能のバインダーを含浸
させることと、により作られ、 各フィン支持体が、管状プレホームの表面に取付けるた
めのベースと、及び上記ベースから突出し且つそれに沿
って離れて設けられるフィン取付は部と、を含み、又、 上記フィンの支持体のベースと管状プレホームの表面と
が、上記ベースが管状プレホームと組立られたとき、こ
の構造体の表面の連続性が得られる如き形状をしている
、ことと； （ｂ）上記フィン支持体のベースを、その長手方向に沿
い、管状プレホームの表面に取付けることにより、上記
フィン支持体と上記管状プレホームとが組立てられ、上
記の組立てが、フィン取付は部の間のフィン支持体上の
位置に於いて、少なくとも局部的に重ね巻きをして、互
いに糊付けすることによって行われ、これにより、内面
外面共平滑なプレホームが得られる如くにする、ことと
；（ｃ）管状プレホームと、フィン支持体と、及び上記
の重ね巻き部と、により構成された集合体を重合処理し
、１つのチューブを得る、如くにすることと；及び、 （ｄ）最後に、上記フィンの側面をフィン支持体の取付
は部に、少なくとも、糊付けすることにより、上記フィ
ンとフィン支持体とを組立てる、ことと； を含むことを特徴としている。
従って、フィンが金属枠を必要とすること無く、チュー
ブに接続され、チューブの壁厚が顕著に増加することが
無い。これにより、チューブに搭載することの出来る燃
料の量が増加する。更に、フィン支持体のベースをチュ
ーブの構造の中に統合することにより、このフィンガロ
ケット全体の強度に寄与する。
本発明の方法の１つの例に於いては、各フィン支持体の
ベースがセットバック部を持ち、これが、フィン取付は
部の間に位置し、チューブの表面に形成された環状の溝
の中に配置され、この中で上記の重ね巻が行われる、如
くになっている。次にフィン支持体のベースのセットバ
ック部の上の管状プレホームの溝に重ね巻が行われ、フ
ィン支持体と管状プレホームとの間の接合を良くする一
方、構造体の表面の連続性を確実にする、如くにする。
これとは別に、本発明は、又、上記の方法によって作ら
れた複合ロケットモーターを提供している。即ち、 本発明によれば、複合材料で作られたチューブと、フィ
ン支持体により上記チューブに接続される複合祠料で作
られたフィンと、を含む複合ロケットモーターに於いて
、上記フィン支持体が複合材料で作られ、これが又、 上記□チューブと共に、表面の連続性を持った１つの構
造体を形成するために、チューブと共に組立てられるベ
ースで、このベースが、局部的重ね巻材と共に糊付けに
よってチューブと共に組立てられている、ものと、 上記ベースから突出する取付は部で、その上にフィンの
側部が糊付けによって組立てられる、ものと、 を含んでいる、ことを特徴としている。
［実施例］ 概括的に説明すると、複合ロケットモーターが、本発明
により、管状プレホームと、フィン支持体と、フィンと
、をそれぞれ別個に作ることと、このフィン支持体を管
状プレホームに組込むことと、この集合体を重合させる
ことと、次に、フィンをフィン支持体に装着することと
、にょって作られる。例えば、このフィンとその支持体
の数は２つ（以下に説明するのはこの場合である）又は
４つにすることが出来る。
フィン支持体が統合される管状プレホームの１つの実施
例が第１及び２図に示されているシーのブレホームは管
即ち管状円筒体を形成するもので、その前及び後端部で
室を形成し、この中に固体燃料が置かれる。
一般的には、この管状プレホームが、エポキシ樹脂等の
重合可能のバインダーを含浸した繊維布を巻くことによ
って作られる。この布は、例えば、炭素繊維等の繊維で
作られ、これがマンドレルに巻かれている。場合によっ
ては、この布を、オプションとして耐熱保護層を間に挟
んで、固体燃料のブロックに直接巻き付けることも出来
る。但し、これはバインダーの重合温度が低く、燃料の
存在に於いて重合を行なうことが出来る場合のみである
。この糸は幾く層にも重ねられた状態で編まれている。
この幾く層にも重ねられた糸は螺旋状に編まれており、
例えば布巻と左巻とが交互に行われたものである。
第１図に示す如く、管状プレホームｌＯは、環状溝１４
によって構成される四部をその外周に持つようにして作
られており、これによりフィン支持体の対応する部分を
受入れるようになっている。
この環状溝１４が軸方向のピッチｐで形成されており、
この溝の幅すは一定で、その深さｅも一定である（第２
図）。
この環状溝１４は、厚さｄのブレホームの外側に、溝の
部分を除いて、その全長に亙り、円周に沿って布を巻く
ことによって得られる。
第３図に、プレホームｌＯに統合されるフィン支持体２
０が示されている。このフィン支持体２０が、ベース即
ちソール２２を含み、これから突出する箱型断面のビー
ムの形をした取付は部２６を持ち、又、フィンの固定さ
れる側部を持っている。
この取付は部がフィン支持体に沿って均一に配置され、
又、溝によって互いに分離されており、この中に上記ベ
ース即ちソールがセットバック部２４を形成する。
ベース即ちソール２２は変わった形をしており、これは
、管状プレホームの表面に密着し、構造体全体としての
連続性が実質的に保たれるようにするためである。即ち
、このソール２２は直角断面で言って円形をしており、
その肉厚が中心（即ち取付は部が突出している所）から
その長手端部に向ってテーパーを持ち、取付は部の両側
で、このソールの上表面が管状プレホームの外表面に向
ってなだらかな下り勾配を持っている。セットバック部
２４が、長手方向に溝１４と同じピッチｐ及び同じ幅す
で配置されており、セットバック部に挟まれた部分に於
けるソール２２の下表面と、セットバック部２４の中の
下表面との距離が溝１４の深さｅに等しい。
フィン支持体２０がブレホーム１０とその長手方向に沿
い統合されたとき、このセットバック部２４が溝１４の
中に納まり、その上に残留溝が残される。
後述する如く、この残留溝が円周方向の重ね巻き材１８
によって満たされ、構造体として完全に連続性を持ち、
ロケットモーターの全長に亙り内外面共に平滑なものが
得られる。この環状溝１４の数及び幅が、フィンが吸収
すべき力に応じて選択され、フィン支持体のベースが管
状プレホームの表面に密着していることにより、このフ
ィンがロケットの強度に寄与する。
１例を挙げれば、１６０ｒＡｍの外径と、４．５ｍｍの
厚さｄと、を持つブレホームｌＯに対し、この溝１４は
１２０）のピッチｐを持ち、その幅が２０ｆｆｌＩ１１
で、その深さｅが０．５＋ａｎ＋である。ソール２２の
幅は円周角度ａで言って３５°の間に伸びている。
第４図にその詳細を示す如く、フィン支持体２０は繊維
の布、例えばカーボン繊維で作られた布、を層状に重ね
ることによって形成され、この布に、例えばエポキシ樹
脂の如き重合可能のバインダーが含浸される。図に示す
例に於いては、繊維布の３段重ねが用いられており：こ
れが、 箱型断面のビーム２６の外表面を構成する第１の構成部
材で、これが、２方向で編成された平面布の層を含み、
その間に、１方向性の布の平面層（例えば長手方向に糸
が配列されたシート）が挟まれ、この構成部材２１が型
２８の底に沿って配置される、ものと； 上記第１の構成部材の上に置かれる層を含む第２の構成
部材２３で、これが、箱型断面の内面を形成する中子２
７の回りに巻かれ、この第２の構成部材が、第１の構成
部材と同様に、編成布の層の間に１方向性のシートを挟
んだものによって形成されている、ものと； ソール２２を形成するための、第１及び第２の構成部材
の上に置かれる第３の層を構成する構成部材２５で、上
記第３の構成部材が、同様に、編成布の間に１方向性の
シートを挟んだものである、ものと； によって構成されている。
この集合体が、型２８と蓋２９と及び中子２７とによっ
て構成される工具の中で重合させられる。型２８の底面
を適切な形状とすることにより、ソール２２とセットバ
ック部２４とを同時に形成する。Ｍ２９が丸い表面を持
ち、層２５の構成部材を圧迫し、ソールに所要の曲面を
与える。中子２７が、好ましくは、高い膨脂率を持つ材
料で作られ、フィン支持体に圧力を掛けながら重合を行
なうようにする。重合を行なった後、中子２７が抜き取
られ、セットバック部２４の上の箱型断面部が機械加工
によって除去される。
以上の如く成型を行なった後、フィン支持体２０がプレ
ホームｌＯに統合される。この為に、フィン支持体のソ
ール２２が糊を間に挟んでチューブの表面に密着させら
れる。この糊には、例えば、エポキシ型のものが用いら
れる。
このようにして作られた集合体（第５．６図）が、溝１
４に嵌挿されたセットバック部２４の上を重ね巻きする
ことによって完成される。この重ね巻きは、好ましくは
、糸１８、例えばエポキシ樹脂を含浸させたカーボン、
によって行われ、管状プレホームの外径を積み上げて、
平滑な外面を持った構造体に仕上げる。
このように構成された集合体を重合工程に掛け、この間
に次のものが重合する：即ち、管状プレホームを形成す
る巻き糸に含浸されるバインダーと；重ね巻きの糸に含
浸させられたバインダーと；及び、フィン支持体とプレ
ホームとの間に塗られた糊と；である。このようにして
、フィン支持体の統合された１つのチューブが完成する
。
ロケットのフィンは複合材料で作られる。第７図に示す
如く、フィン３０が、それぞれ、テンプレート３２の上
に平面の繊維布を積層することによって作られる。上述
したのと同様に、この繊維布が、エポキシ樹脂の如き重
合可能のバインダーを含浸させたカーボン繊維の布によ
って構成され、これが、編成層３１と１方向性のシート
３３とを交互に積み重ねたサンドイッチを含んでいる。
この１方向性のシートは、１つは長手方向に平行に配置
され、又１つはこれに直角に置かれる。
この布を所定の位置に配置した後、この布をダイス及び
パンチの集合装置の如き工具の中に保持しつつ、バイン
ダーの重合が行われる。この場合、テンプレート３２が
パンチ孔を持つようにすることが出来る。
同様に複合材料で作られた強化ハニカム構造体３６（第
８図参照）を、テンプレート３２を取除いた後、フィン
の側面３４の間に差し込むことが出来る。
但し、この場合、フィン支持体の取付は部に固定される
側面部分を除く。
このハニカム構造体３６によって内部を強化されたフィ
ン３０が、その側面部分を取付は部２６の長手方向に延
びる側壁に糊付けすることによって、フィン支持体に取
付けられる（第８図）。ここで用いられる糊は例えばエ
ポキシ型のものである。
この糊付けは、リベットを用いることによって補強及び
又はこれに変えることが出来る。
上述した方法は、時系列的に行われる各種の重合作業に
よって行われる。当該技術者には公知の如く、この重合
は、先行する重合温度より、次の重合温度を低くする如
くにして行なうことが重要である。
管状プレホームとフィン支持体とを統合することによっ
て構成されたこの集合体の重合が、温度Ｔ２で行われ、
この温度は温度Ｔ１より低く、この温度Ｔ１は、フィン
支持体、プレホームを形成する繊維布に含浸されたバイ
ンダーを重合させるために、フィン支持体が置かれた温
度である。この温度Ｔ１及びＴ２は、使用するバインダ
ー（樹脂）によってそれぞれ決定される。
同様に、フィンが所定の位置に取付けられた後、糊付は
部の重合を行なう必要がある場合は、その重合が温度Ｔ
２より低い温度で行われ、又この温度は温度Ｔ’　　１
より低く、この温度は、フィンがその重合作業の間置か
れた温度である。
次にこのロケットに燃料を一般的な方法で装着、例えば
それを流し込み、し、前後に端板を取付けること、によ
ってこれが完成される。
本発明に於いては、取付は部によって形成された１線上
に並ぶ箱型部分が、例えばロケットの前後間の信号伝達
のための導電体用のトンネル即ちサービス通路を構成す
るために用いられ、このことにより、この目的の為の特
別な外部ダクトを設けたりする必要が無くなる。
上述した方法により、チューブの局部厚さを顕著に増や
したり、又はフィンのための特別な金属製のアンカー構
造体を設けたりすることなく、複合フィンを統合した複
合ロケットを作ることが可能となり、これにより、搭載
する燃料の量を余分増やすことが出来、又機体の余分な
重量を減らすことが出来る。
更に、このフィンがロケット集合体の強度に貢献してい
るので、このフィンの積層方法を変えることにより、こ
の強度を調節することが出来る。
更に、このフィンとフィン支持体が別個に作ることによ
り、それぞれを最も好ましい状態で製作することが出来
る。
以上の説明に於いては、例えば、エポキシ樹脂の重合可
能のバインダーを含浸させた炭素繊維をベースとした繊
維布を使用しているが、勿論、この代わりに、例えば有
機、セラミック又は金属の繊維を用い、その他の材料を
繊維布に含浸させたり又はその密度を上げるために用い
ることが出来る。上記材料には、熱可そ性材料、熱硬化
材料、セラミックス、及び金属が含まれる。特に、ロケ
ットが高いレベルの運動加熱に露らされるような場合は
、このフィン及びフィン支持体を高温特性の良い材料、
例えばセラミック・マトリックスをベースとした複合材
料で作ることが出来る。
最後に、フィン支持体のソールは、上述した角張った溝
に加え、管状プレホームの外面に更にセットバック部分
を形成することにより、これを管状プレホームの面の中
に完全に納まるようにすることが出来、この場合、上記
の更に設けたセットバック部分が長手方向に延び、フィ
ン取付は部に沿って、フィン支持体のソール全体が完全
に納まるようにする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による複合ロケットモーターのチュー
ブの製作に用いられる管状のプレホームの断面図、 第２図は、第１図の線■−■に沿う断面図、第３図は、
第１図のプレホームに取付けられるフィン支持体の部分
的斜視図、 第４図は、フィン支持体の製作に用いられる工具の中に
於ける、布の配置状態を示す断面図、第５図は、第３図
のフィン支持体が第１図のプレホームに取付けられたと
きの組立て状態を示す部分断面図、 第６図は、第３図のフィン支持体が第１図のプレホーム
に取付けられた状態を示す部分的斜視図、第７図は、第
３図に示すフィン支持体に取付けられるフィンの断面図
、 第８図は、第１図に示すプレホームと、第３図に示すフ
ィン支持体と、及び第７図に示すフィンと、を用いた、
本発明によるロケットモーターの部分的斜視図、である
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複合材料製フィンを持つ複合材料製ロケットモー
    ターの製造方法に於いて、この方法が次の手順、即ち、 （ａ）管状のプレホームと、フィンと、及びフィン支持
    体と、を個別に作り、 この場合、上記フィンとフィン支持体とが、重合可能の
    バインダーを含浸させた繊維布を重ね、次にこのバイン
    ダーを重合させることにより、少なくとも部分的に形成
    され、一方、上記管状プレホームが、少なくとも部分的
    に、糸を巻くことと、重合可能のバインダーを含浸させ
    ることと、により作られ、 各フィン支持体が、管状プレホームの表面に取付けるた
    めのベースと、及び上記ベースから突出し且つそれに沿
    って離れて設けられるフィン取付け部と、を含み、又、 上記フィンの支持体のベースと管状プレホームの表面と
    が、上記ベースが管状プレホームと組立られたとき、こ
    の構造体の表面の連続性が得られる如き形状をしている
    、ことと；（ｂ）上記フィン支持体のベースを、その長
    手方向に沿い、管状プレホームの表面に取付けることに
    より、上記フィン支持体と上記管状プレホームとが組立
    てられ、上記の組立てが、フィン取付け部の間のフィン
    支持体上の位置に於いて、少なくとも局部的に重ね巻き
    をして、互いに糊付けすることによって行われ、これに
    より、内面外面共平滑なプレホームが得られる如くにす
    る、ことと； （ｃ）管状プレホームと、フィン支持体と、及び上記の
    重ね巻き部と、により構成された集合体を重合処理し、
    １つのチューブを得る、如くにすることと；及び、 （ｄ）最後に、上記フィンの側面をフィン支持体の取付
    け部に、少なくとも、糊付けすることにより、上記フィ
    ンとフィン支持体とを組立てる、ことと； を含むことを特徴とする、複合材料製フィンを統合した
    複合材料製ロケットモーターの製造方法。
  2. （２）各フィン支持体（２０）のベース（２２）がセッ
    トバック部（２４）を持ち、これが、フィン取付け部（
    ２６）の間に位置し、チューブ（１０）の表面に形成さ
    れた環状の溝の中に配置され、この中で上記の重ね巻が
    行われる、如くにする、ことを特徴とする、請求項１記
    載の方法。
  3. （３）フィン支持体（２０）が箱型の取付け部（２６）
    で作られている、ことを特徴とする、請求項１又は２記
    載の方法。
  4. （４）フィン（３０）の側部が、リベット付けと共に糊
    付けによって、フィン支持体（２０）の取付け部（２６
    ）に取付けられている、ことを特徴とする、請求項１、
    ２又は３記載の方法。
  5. （５）ハニカム強化構造体（３６）がフィン（３０）の
    側部に差込まれている、請求項１から４のいずれか１つ
    に記載の方法。
  6. （６）複合材料で作られたチューブ（１０）と、複合材
    料で作られ、フィン支持体（２０）により上記チューブ
    に接続されるフィン（３０）と、を含む複合ロケットモ
    ーターに於いて、上記フィン支持体（２０）が複合材料
    で作られ、これが又、 上記チューブ（１０）と共に、表面の連続性を持った１
    つの構造体を形成するために、チューブ（１０）と共に
    組立てられるベース（２２）で、このベースが、局部的
    重ね巻材と共に糊付けによってチューブと共に組立てら
    れている、ものと、上記ベースから突出する取付け部で
    、その上にフィン（３０）の側部が糊付けによって組立
    てられる、ものと、 を含む、ことを特徴とする、複合材料製ロケットモータ
    ー。
  7. （７）フィン支持体（２０）のベース（２２）がその軸
    に対して平行に延び、その湾曲形状がチューブ（１９）
    の湾曲形状に対応し、又、フィン取付け部の間に設けら
    れるセットバック部（２４）を持ち、その上に局部的に
    重ね巻が施されている、ことを特徴とする、請求項６記
    載のロケットモーター。
  8. （８）フィン支持体のフィン取付け部が箱型の断面形状
    をしている、ことを特徴とする、請求項７記載のロケッ
    トモーター。
  9. （９）フィン支持体（２０）のフィン取付け部が、ロケ
    ットモーターの長手方向に沿って走るサービス通路を形
    成する、ことを特徴とする、請求項８記載のロケットモ
    ーター。
  10. （１０）ハニカム構造体（３８）がフィン（３０）の側
    部の間に設けられている、ことを特徴とする、請求項６
    から９のいずれか１つに記載のロケットモーター。
  11. （１１）フィン（３０）の側部が、糊付け及びリベット
    止めによって、フィン支持体の取付け部（２６）に取付
    けられている、ことを特徴とする、請求項６から１０の
    いずれか１つに記載のロケットモーター。
JP1103580A 1988-04-25 1989-04-25 フィンを統合した複合材料製ロケットモーターとその製造方法 Expired - Fee Related JP2703622B2 (ja)

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