JPH0442539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は改良された固体推進剤ロケツトエンジ
ンまたはガスジエネレータに関し、さらに詳しく
は複数の固体推進剤ユニツトを有しコマンドによ
り固体推進剤ユニツトの点火を相互に独立的に行
つて区分された推進力を得ることができるように
た膜シール構造を設けた固体推進剤ロケツトエン
ジンに関する。

〔従来の技術及び発明の課題〕

固体推進剤ロケツトエンジンの全進能力は通常
１個の固体推進剤の重量の燃焼過程の間に消費さ
れる。これは、固体推進剤が一旦点火されるとそ
の固体推進剤の全重量が消費されるまで燃焼プロ
セスを停止するのが非常に難しいという理由によ
るものである。

従来技術においては、一度以上点火することの
できる固体推進剤ロケツトエンジン、即ちスター
ト−停止−再スタートの可能なロケツトエンジン
を提供する提案があり、これは例えば２つ以上の
同心円状の固体推進剤ユニツト、即ち燃焼室内の
複数の固体推進剤の層のゾーンを設け、これらの
固体推進剤の層を燃焼禁止バリヤによつて分解す
ることによつて実施されていた。このバリヤは燃
焼を単一の固体推進剤の層に制限し、なおかつ次
隣接する固体推進剤の層の点火とために破裂し易
い材料で作られていた。

一度以上点火されることのできるロケツトエン
ジンのそのような従来技術は1966年12月27日にダ
プリユーイーカチール等に付与された米国特許第
3293855号に開示され、火工材料と電気的に点火
可能なフイルムがコマンドによる点火のために層
の各々の間に設けられ、さらに次に隣接する層の
各々の間に設けられている。

その他のそのような従来技術は1971年２月23日
にアイ エツチ フリードマン等に付与された米
国特許第3564854号及び1971年３月９日にジーイ
ウエブ ジユニア等に付与された米国特許第
3568448号に開示され、燃焼禁止バリヤによつて
分離された同心円状固体推進剤の２つの層の１つ
が、ロケツトエンジンのノズルから燃焼室に延び
る点火装置によつて点火されるようになつてい
る。他の層は管状延長部によつて燃焼室の頭部端
に接続されるガスジエネレータによつて点火され
る。第１のロケツト推進剤層の燃焼に間にガスジ
エネレータをエンジンの燃焼室から隔離するため
に、壊すことのできる膜シールと穴あきの支持メ
ンバのアツセンブリが設けられている。

1967年９月12日にジー エフ マンガンに付与
された米国特許第3340691号及び1967年11月28日
にダブル シー アイコツクに付与された米国特
許第3354647号は、類似の構成であるが、これは
燃焼禁止バリヤの破壊の溜及び隣接する推進剤の
点火のために燃焼室に液体燃料を導入することを
開示している。

そのような全ての従来技術の特許は、単一の燃
焼室に複数の同心円状の固体推進剤の層またはゾ
ーンを設けたものであり、次に隣接する推進剤の
層の燃焼及び点火を開始するために層間に配置さ
れた燃焼禁止バリヤ破壊を包含するものであり、
燃焼禁止バリヤの破壊及び次に隣接する推進剤の
点火のために比較的に複雑な点火装置の構成を使
用するものである。フリードマン、ジユニア等及
びウエブ ジユニアの特許はさらに壊すことので
きる膜と穴あきの支持メンバの使用を包含し、こ
れは、膜がそれぞれ壊され分解されたときの燃焼
室に破片を導入する傾向のものである。マンガン
及びアイコツクの特許はさらに燃焼室の液体燃焼
の導入を包含するものである。

本発明の目的は１度以上即ちパルス状に点火さ
れることができ、そして燃焼禁止バリヤの破壊を
包含せず且つ破壊可能な膜や破壊され又は分解さ
れる支持メンバを使用せず、そして異なつた固体
推進剤ユニツトを点火するため従来的な点火装置
の使用を許容する固体推進剤ロケツトエンジン及
びガスジエネレータを提供することである。

本発明のさらに特定の目的はそのような固体推
進剤ロケツトエンジン及びガスジエネレータにお
いてコマンドによつて区分された推進力セグメン
トの生成を容易にするために複数の燃焼室に物理
的に分解してなる改良を提供することを目的とす
るものである。

本発明のさらに特定の目的は所望に応じて多く
の同心円状又は縦列配置、即ち直列配置の燃焼室
ボリユームを有して製造されることのできるその
ような改善された固体巣推進剤ロケツトエンジン
及びガスジエネレータを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明によれば、
高強度で延性の材料、例えば0.010インチの厚さ
のニツケルで作られた薄い膜が、同心円状又は縦
列配置で作られた燃焼室を分離する穴あき構造支
持部材又はバルクヘツドにあてがわれ、よつて穴
あき構造支持部材の膜がある側に他方の側よりも
実質的に高い圧力をかけて燃焼室を分解するよう
にした固体推進剤ロケツトエンジン及びガスジエ
ネレータが提供される。穴あき構造支持部材に逆
方向に圧力をかけることによつて、膜がつぶれて
燃焼室間の連通を許容するようになる。

本発明による固体推進剤ロケツトエンジン及び
ガスジエネレータは所望に応じて多くの同心円状
又は縦列配置、即ち直列配置の燃焼室ボリユーム
に組み込まれることができる。各燃焼室ボリユー
ムは１個又はそれぞれ以上の固体推進剤ユニツト
又は層を含むことができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。

第１図を参照すると、参照数字１０は全体とし
ての固体推進剤ロケツトエンジンを示す。固体推
進剤ロケツトエンジン１０はアルミニウムで作ら
れたロケツトエンジンケース１２を含み、このケ
ース１２の後端にコンバージング−ダイバージン
グタイプのノズル１４が取りつけられている。ノ
ズル１４はフエノール系の成形品として形成され
ることができ、ノズル１４と一体に概略円筒状の
メンバ１６が形成される。この円筒状のメンバ１
６は前方部に位置する減少された直径の環状構造
支持部１８を有する。円筒状のメンバ１６のケー
ス１２の後端の位置に同ケース内に設けられた内
周リブ２０とケースの端部に設けられるアルミニ
ウムのリテーナリング２２との間で保持される。
リテーナリング２２の周上のピード２４がケース
１２の内面の周状溝２６と係合してノズル１４及
び円筒状のメンバ１６の所定の位置に保持し、Ｏ
リングシール２８が円筒状のメンバ１６とケース
１２の内面との間に設けられる。

第１図に示されるように、ケース１２の前方端
と環状構造支持部１８との間に形成されるケース
１２内の空間は、管状メンバ３４によつて第１及
び第２の同心円状ボリユーム、即ち燃焼室３０，
３２に分割される。管状メンバ３４はグラスフエ
ノール系材料で作ることができ、その前方端がケ
ース１２の内部円筒状凹入部分３６内に支持さ
れ、そこに適切に保持される。管状メンバ３４の
後方端は環状構造支持部１８に設けた肩３８に当
接した状態で環状構造支持部１８内に嵌合支持さ
れる。

第１及び第２の同心状燃焼室３０，３２の連通
は、環状構造支持部１８に設けられた穴４０によ
つて与えられる。穴４０は典型的には４個から12
個とすることができ、ロケツトエンジン１０の後
部に向かつて垂直から45度の角度で傾斜してい
る。

穴４０は高強度で延性の、好ましくは0.010イ
ンチ（0.0254cm）の厚さのニツケルで作られた、
薄い無孔性の環状金属膜又はカバー４２によつて
常時覆われる。膜４２は一体に形成されたフラン
ジ４４によつて所定の位置に保存され、このフラ
ンジ４４は管状メンバ３４の端部と肩３８との間
に嵌め付けられる。膜４２の外面が常時穴４０を
閉じる所定の位置にあるときに、第１及び第２の
同心円状燃焼室３０，３２は物理的に分解され
る。即ち、膜４２は環状構造支持部１８の膜面側
に高圧をかけるのを許容して第１を燃焼室３０を
第２の燃焼室３２から分離する。第２の燃焼室３
２から環状構造支持部１８の穴４０を通して圧力
がかかると、膜４２が壊れて第１及び第２の燃焼
室３０，３２と連通を収容する。

固体推進剤グレーンの第１のほぼ円筒状ユニツ
ト又は層４６が、第２の燃焼室３２内のリブ２０
とケース１２の前方端との間でケース１２の内壁
に鋳込まれ、又は接着される。図面に示されるよ
うに、第１の固体推進剤ユニツト４６の前方部の
形状はケース１２の前方内部の曲面と一致する。
第１の固体推進剤ユニツト４６はケースの凹入部
分３６のわずかに手前で終端して環状空間４８を
提供し、その目的は後で説明される。固体推進剤
グレーンの第２のほぼ円筒状ユニツト又は層５０
が、第２の燃焼室３２内で第１の固体推進剤ユニ
ツト４６と同心円状に配置され、これは管状メン
バ３４の外面に接着される。

管状メンバ３４の前方端は図示のように適切な
金属で作られたデイスク状のメンバ又はプレート
５２によつて閉じられる。プレート５２と一体的
に後方に延びる管状突起５４，５６が形成され、
プレート５２には各管状突起５４，５６と一直線
状に穴をあけられており、連通可能となつてい
る。

図面に示されるように、各管状突起５４，５６
にはそれぞれステイツクタイプの固体推進剤ユニ
ツト５８，６０が適切に取りつけられる。これら
の固体推進剤ユニツト５８，６０は中空であつ
て、ほぼ管状メンバ３４の全長に沿つて後方に延
び、これらの固体推進剤ユニツト５８，６０が相
互に支持し合い且つ管状メンバ３４の外壁に対し
て支持される以外には、これらの固体推進剤ユニ
ツト５８，５６０の後方端部を支持する支持部材
は設けられていない。第１図にはそのような固体
推進剤ユニツト５８，６０が２個のみ示されてい
るけれども、所望に応じて追加のそのような固体
推進剤ユニツト及び関連するプレート５２の穴を
設け、よつて追加のステイツクタイプの固体推進
剤ユニツト使用することは当業者にとつて理解さ
れるべきである。

プレート５２とケース１２の最前端部との間で
凹入部分３６によつて形成される開口部内には、
第１及び第２の点火装置６２，６４が配置され
る。

第１の点火装置６２は電気導火爆管６６と火工
材料６８とを含む、これらは幾つかの開口部を設
けられた円筒状セラミツクプラザ７０内に配置さ
れる。プラグ７０はケース１２の前端部の凹入部
分３６の開口部を閉じるために設けられるもので
あり、シールリング並びに凹入部分３６の開口部
の内ねじに係合するプラグ７０のねじによつてシ
ールされる。火工材料６８はプラグ７０の内端部
と穴あきのプレート５２との間に位置し、適切な
スペーサリング７２によつてわずかに間隔をあけ
られる。短い通路７４が電気導火爆管６６と火工
材料６８との間に設けられる。火工材料６８と第
１の燃焼室３０との間の連通は前述したプレート
５２と管状突起５４，５６の穴によつて与えられ
る。

第２の点火装置６４は電気導火爆管７６と火工
材料７８とを含み、これらは同様にプラグ７０内
に配置され、電気導下爆管７６の端部が火工材料
７８と接触し、金属プレート８０が火工材料７８
を火工材料６８から分離及び隔離している。凹入
部分３５の通路８２、好ましくは複数のそのよう
な通路が火工材料７８と第２の燃焼室３２との間
の連通を与える。

火工材料６８，７８としては多くの火工材料の
中のあらゆるものが使用されることができ、典型
的な材料は25重量パーセントのホウ素と75重量パ
ーセントの硝酸カリウムのか粒状混合物である。

ロケツトエンジン１０の作動において、電気導
火爆管６６が最初に点火される。電気導火爆管６
６，７６のための駆動回路中に適切なインターロ
ツク回路が設けられて、電気導火爆管７６が最初
に点火するのを禁止するようになつている。電気
導火爆管６６が点火されると燃焼炎が通路７４を
横切つて火工材料６８に点火する。火工材料６８
の点火は環状空間４８、プレート５２の穴、管状
突起５４，５６を通つてステイツクタイプの固体
推進剤ユニツト５８，６０に流れ、よつて固体推
進剤ユニツト５８，６０に点火する。第１の燃焼
室３０室に直ぐに高圧が形成され、ロケツトを推
進するガスの流れがノズル１４の外側へ流れる。
環状構造支持部１８の膜面側にかかる高圧が膜４
２をして穴４０の開口部を堅く押圧せしめ、よつ
て穴４０をシールして第１の燃焼室３０を第２の
燃焼室３２から分離する。ステイツクタイプの固
体推進剤ユニツト５８，６０、及び設けられてい
るとした場合のその他の同様のユニツトの燃焼終
了は典型的に非常に急速に生じる。そのような燃
焼終了に際して、第１の燃焼室３０の圧力が非常
に急速に低下し、同様にノズル１４を外に流れる
ガスの流れも非常に急速に低下する。しかしなが
ら、第２の燃焼室３２の第１及び第２の固体推進
剤ユニツト４６，５０の活性化は、電気導火爆管
７６が点火されるまで起らない。

電気導火爆管７６が点火されて火工材料７８が
点火されると、燃焼ガスは通路８２を横切り、第
１及び第２の固体推進剤ユニツト４６，５０に点
火する。高圧が第２の燃焼室３２に急速にゆきわ
たる。環状構造支持部１８の穴４０を介してこの
高圧がかかると、膜４２が壊れて第２の燃焼室３
２を第１の燃焼室３０に連通せしめ、よつてロケ
ツトエンジンを推進するのノズル１４を通る第２
のガスの流出を達成する。

このようにして、区分された推進力セグメント
がロケツトエンジン１０からコマンドによつて得
られる。当業者にとつて、同様の同心円状固体推
進剤ユニツトを追加することによつて２回以上の
推進力セグメントが得られることは明らかであろ
う。

第２図から第４図においては、固体推進剤が縦
列配置された本発明の別の実施例が示され、ここ
でも固体推進剤ロケツトエンジンがコマンドによ
つて区分された推進力セグメントを得ることがで
きるようになつている。

第２図に示される固体推進剤ロケツトエンジン
８４は後端部に取りつけられたブラストチユーブ
８８を有する第１のロケツトエンジンケース８６
を含む。図示のブラストチユーブ８８は単一のユ
ニツトとしてコンバージング−ダンバージングタ
イプのノズルと、プラストチユーブと、ケース８
６に取りつけるための適切なフランジの機能を結
合して有するものである。穴あきの概して円筒状
の構造支持部材９０が第１のケース８６の前端部
に取りつけられて第１のケース８６の前端部を閉
じ、この円筒状の構造支持部材９０は継いで第２
のロケツトケンジンケース９２に適切に取りつけ
られ、第１及び第２のケース８６，９２の端部が
重なる関係で配置される。円筒状の構造支持部材
９０の前及び後端部は皿形になつている。ロケツ
トエンジン８４と軸線に平行に延びる穴９８が、
円筒状の構造支持部材９０に設けられる。

第１及び第２のケース８６，９２及びプラスト
チユーブ８８はあらゆる適切な材料で作られ、適
切なフエノール成形品の絶縁材層が第１及び第２
のケース８６，９２及びブラストチユーブ８８に
設けられる。固体推進剤ユニツト又は層９４が第
１のケース８６内に設けられ、同様の固体推進剤
ユニツト又は層９６が第２のケース９２内に設け
られる。

ニツケルのような高強度の延性の材料の薄い皿
形の膜又はカバー１００が、第１ケース８６の前
端部側に、円筒状の構造支持部材９０の穴９８を
閉じる関係で配置され、これは円筒状の構造支持
部材９０の後端部側の形状と一致する。ポリイソ
プレ等の柔らかい絶縁材層１０２が、膜１００の
第１ケース８６内に形成される第１の燃焼室１０
４と面する側に接着され、そこを覆つている。第
２の燃焼室１０６が第２のケース９２内に形成さ
れる。第３図は、円筒状の構造支持部材９０、膜
１００、及びポリイイソプレンの絶縁材層１０２
の部分を拡大図で示している。

第１の固体推進剤ユニツト９４に点火するため
に、第１の点火装置１０８がノズル及びブラスト
チユーブ８８に取りつけられる。第２の点火装置
１１０は第２の固体推進剤ユニツト９６に点火す
るために第２のケース９２の前端部に適切に取り
つけられる。

第４図に示されるように、膜１００は好ましく
は0.010から0.020インチ（0.0254から0.0508cm）
のニツケルの三角形又はパイ形の複数の小片を重
ねて皿形に継ぎ合わせたものである。第４図は、
パイ形の重ねた複数の小片が円筒状の構造支持部
材９０の燃焼室１０４に面する側で穴９８を閉じ
る有効な関係位置にある場合を示している。

縦列配置のロケツトエンジンの作動において
は、第１の点火装置１０８の点火が第１の固体推
進剤ユニツト９４に点火せしめ、燃焼室１０４に
急速に高圧が形成されることになる。円筒状の構
造支持部材９０の膜１００の高圧はポリイソプレ
ン絶縁材層１０２及び膜１００を円筒状の構造支
持部材９０の穴９８に対して堅く押圧せしめ、よ
つて穴９８をシールして第１の燃焼室１０４を第
２の燃焼室１０６から分離する。その結果、ロケ
ツトを推進すらガスの流れがノズル及びプラスト
チユーブ８８から流出する。

第１の固体推進剤ユニツト９４が燃焼終了する
と、第１の燃焼室１０４の圧力が低下し、同様に
ノズル及びブラストチユーブ８８から流出するガ
スの流れも低下する。第２の燃焼室１０６の第２
の固体推進剤ユニツト９６の点火は、第２の点火
装置１１０が点火されるまで生じない。

第２点火装置１１０が点火されると、第１の点
火装置１０８が点火するまで第２の点火装置１１
０が点火されるのを禁止していたインターロツク
が外され、第２の燃焼室１０６に高圧が形成され
る。この高圧は膜１００を壊し、膜１００のパイ
形の小片の中心部が第５図に示されるように外に
押し出され、そこに接着されていたポリイソプレ
ンの絶縁材層１０２は破壊させる。これによつ
て、穴９８を通して第１及び第２の燃焼室１０
４，１０６が連通し、ロケツトを推進する第２の
ガスの流れがノズル及びブラストチユーブ８８か
ら流出する。

このようにして区分された推進力セグメントが
縦列配置のロケツトエンジン８４からのコマンド
によつて達成される。当業者には理解できるよう
に、所望に応じて追加の縦列配置の、又は直列の
ボリユームを設けて、追加の区分された推進力セ
グメントを得ることができる。

従つて、本発明によれば、0.010から0.020イン
チ（0.0254から0.0508cm）の厚さの範囲の高強度
で延性の薄いニツケルイ膜が、同心円状又は縦列
配置で作られたロケツトエンジンの燃焼室を分離
する穴をあけた構造支持手段にあてがわれ、よつ
て構造支持手段の膜側に構造支持手段の他方側の
圧力よりも高い圧力を形成することができ、燃焼
室を分解する、ようにしたパルス状ロケツトエン
ジンに適用される膜シールアツセブリが提供され
る。穴をあけた構造支持手段に反対方向に圧力が
かかると、膜が壊れて両燃焼室が連通することに
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による膜シール構造がロケツト
エンジンの同心円状燃焼室を物理的に分離してい
るところを示す部分断面側面図、第２図は本発明
による他の実施例の膜シール構造がロケツトエン
ジンの縦列配置の燃焼室を物理的に分離している
ところを示す部分断面側面図、第３図は第２図の
構造支持部材と膜の部分の部分拡大図、第４図は
第２図の膜の正面図、第５図は第２図から第４図
の膜が壊れるところを示す部分図である。 １２……ケース、１４……ノズル、１８……構
造支持部、３０，３２……燃焼室、４０……穴、
４２……膜、４６，５０，５８，６０……固体推
進剤、８６，９２……ケース、８８……ノズル及
びブラストチユーブ、９０……構造支持部材、９
４，９６……固体推進剤、９８……穴、１００…
…膜、１０４，１０６……燃焼室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２つの固体推進剤ユニツトを有す
   る固体推進剤ロケツトエンジンのための膜シール
   構造であつて、 前記固体推進剤ユニツトを分離して該ロケツト
   エンジンに該固体推進剤ユニツトを各々に収めた
   複数の燃焼室を形成する構造支持手段を備え、該
   構造支持手段が前記複数の燃焼室の間の連通を与
   えるための穴を有し、 0.010から0.020インチ（0.0254から0.0508cm）
   の範囲の厚さを有して高強度で延性の材料で作ら
   れ且つ前記燃焼室の一方に前記穴を覆つて配置さ
   れた膜シールを含み、該膜シールが該一方の燃焼
   室に他方の燃焼室よりも実質的に高い圧力がある
   ときに前記燃焼室の間の連通を禁止し、且つ該地
   方の燃焼室に該一方の燃焼室よりも実質的に高い
   圧力があるときに前記燃焼室の間の連通を許容す
   るようにした膜シール構造。 ２ 前記膜シールがニツケルで作られる請求項１
   に記載の膜シール構造。 ３ 前記膜シールが無孔である請求項２に記載の
   膜シール構造。 ４ 前記膜シールがニツケルの予め所定の形状に
   形成された複数の小片を重ねて皿形に継ぎ合せた
   ものである請求項２の記載の膜シール構造。 ５ 前記構造支持手段が環状に形成され、且つ同
   心円状に配置された別個の燃焼室を形成し、前記
   一方の燃焼室が内方の燃焼室であり、前記穴がロ
   ケツトエンジンの後部に向かつて垂直から所定の
   角度で傾斜し、前記膜シールが環状に形成されて
   その外面が常時前記構造支持手段の前記穴を閉じ
   るように配置される請求項３に記載の膜シール構
   造。 ６ 前記一方の燃焼室の前記固体推進剤ユニツト
   に点火するための第１の点火手段と、前記他方の
   燃焼室の前記固体推進剤ユニツトに点火するため
   の第２の点火手段とを含む請求項５に記載の膜シ
   ール構造。 ７ 前記構造支持手段が後方を向いた皿形の表面
   を有する筒状であり、且つ縦列配置の別個の燃焼
   室を形成し、前記一方の燃焼室が他方の燃焼室の
   後方にあり、前記穴が前記構造支持手段の筒の軸
   線と平行に延び、前記膜シールが前記構造支持手
   段の皿形の表面と適合する皿形に形成され、且つ
   常時前記構造支持手段の前記穴を閉じるように配
   置される請求項４に記載の膜シール構造。