JPH0517406Y2 - - Google Patents
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- JPH0517406Y2 JPH0517406Y2 JP1987180747U JP18074787U JPH0517406Y2 JP H0517406 Y2 JPH0517406 Y2 JP H0517406Y2 JP 1987180747 U JP1987180747 U JP 1987180747U JP 18074787 U JP18074787 U JP 18074787U JP H0517406 Y2 JPH0517406 Y2 JP H0517406Y2
- Authority
- JP
- Japan
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- combustion gas
- nozzle
- molecular weight
- specific impulse
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
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Landscapes
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Toys (AREA)
- Nozzles (AREA)
Description
産業上の利用分野
本考案は固体ロケツトモータ、特に比推力の向
上を図つた固体ロケツトモータの構造に関する。 従来の技術 固体ロケツトモータは、基本的にはモータケー
スに内蔵した固体推進薬の燃焼によつて発生する
高温、高圧の燃焼ガスをモータケースの後部に装
着したノズルから排出して推力を発生する構造に
なつている（例えば昭和59年19月10日；丸善(株)発
行：航空宇宙工学便覧；第641，642頁参照）。 考案が解決しようとする問題点 固体ロケツトモータの比推力の向上を図るに
は、高エネルギーの固体推進薬と膨張比の大きな
ノズルとを使用する必要がある。しかし、高エネ
ルギーの固体推進薬での燃焼ガスが高温であるた
め、ノズルの耐熱対策から重量増加を招く。しか
も膨張比の大きなノズルを使用すると、段間継ぎ
手の長さも増加し、重量も増加する。このため比
推力の増加率が悪くなつてしまう。 ところで、比推力を燃焼ガスの温度と平均分子
量との関係からみると、比推力ISPは温度（絶対
温度）Ｔを平均分子量Ｍで除した値に比例する
（ISP＝α√UT／Ｍ、但しαは比例定数）。した
がつて、温度Ｔが降下する度合よりも平均分子量
Ｍが低下する度合の方が大きければ比推力LSPは
向上する。 そこで本考案は、燃焼ガスの低分子化を図つて
前記問題点を克服することができる固体ロケツト
モータを提供するものである。 問題点を解決するための手段 本考案では、モータケース後部に設けられるノ
ズルのスロートより燃焼ガス噴射方向の上流側部
分に、燃焼ガスとの混合により該燃焼ガスの平均
分子量を低下させる低分子化用剤を噴射する噴出
口を設けてある。 実施例 第１図において、１は固体ロケツトモータのモ
ータケースを示し、これには燃焼によつて３，
000°Kを越える高温、高圧の燃焼ガスＧを発生す
る固体推進薬２を内蔵してある。３はモータケー
ス１の後部に設けられるノズルを示し、スロート
４とスカート５とを備えている。スカート５はス
ロート構成体６から後方に延設した強度体７の内
側面に敷設した膨張ライナ体８を備えている。膨
張ライナ体８はそれ自身が燃焼ガスＧの熱で溶け
て熱が強度体７に伝わりにくいようにする所謂ア
ブレーシヨン効果を発揮できる素材で構成されて
いる。９はモータケース１からノズル３を覆うよ
うに延設された段間結合部である。１０は推力方
向制御用の二次噴出口である。これらの構造は従
来公知である。 ここで前記ノズル３のスロート４より燃焼ガス
Ｇ上流側部分には、燃焼ガスＧの冷却と低分子化
を図るための低分子化用剤１１を燃焼ガスＧに向
けて噴射する噴出口１２を設けてある。この噴出
口１２はノズル３の強度体７に組み付けられたマ
ニホールド１３に形成されている。このマニホー
ルド１３は前記用剤１１を充填したタンク１４に
電磁駆動型のバルブ１５を介して接続されてい
る。 タンク１４は耐高圧容器でなつており、ノズル
３と段間結合部９とで隔成された空間部１６に格
納配置されている。バルブ１５は、図外の制御機
能部からの開弁信号によつて開弁ポジシヨンに設
定されてタンク１４内の用剤１１を噴出口１２か
ら噴射させるとともに、制御機能部からの閉弁信
号によつて閉弁ポジシヨンに設定されて用剤１１
をタンク１４内に溜め置くようにするものであ
る。 また、前述の二次噴出口１０は前記マニホール
ド１３とは別のマニホールド１７，１８に形成さ
れており、このマニホールド１７，１８も前記バ
ルブ１５とは別の電磁駆動型のバルブ１９，２０
を介してタンク１４に接続されている。このバル
ブ１９，２０も前記バルブ１５と同様に図外の制
御機能部からの別の開弁信号で開弁ポジシヨンに
設定されるとともに閉弁信号で閉弁ポジシヨンに
設定されるようになつている。 前記低分子化用剤１１としては、硝酸、過酸化
水素等の水溶液、あるいは液体水素、ヒドラジ
ン、アンモニア、トリアルキルアルミニウム、水
等を選定できる。 以上の実施例構造によれば、固体推進薬２の燃
焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスＧに、バ
ルブ１５を開弁ポジシヨンに設定してタンク１４
内の用剤１１を噴出口１２から噴射すると、用剤
１１が熱交換作用により一部熱分解を伴いながら
気化して低分子量になる。一方、燃焼ガスＧは熱
を奪われて温度が下がる。そして用剤１１の混合
によつて、ノズル３から排出される燃焼ガスＧの
平均分子量も低下する。また用剤１１を混合した
後でも、燃焼ガスＧはノズル３の中心に近い部分
を多く流れ、用剤１１は矢印Ｘで示すようにノズ
ル３の壁面に近い部分を多く流れるので、ノズル
３の加熱度合が減少する。この結果、耐熱性のた
めに膨張ライナ体８に混入するアブレーシヨン用
材の量を減らすことができ、もつて重量の軽量化
の面からも比推力を大きくすることができる。 ここで各種用剤１１の実験データを下表に示
す。表に示した用剤は、いずれも物質そのものの
性質として燃焼ガスの分子量よりも低分子量の物
質であるか、あるいは燃焼ガスとの混合に伴う熱
分解により低分子量となる物質であつて、燃焼ガ
スＧの所定の温度低下を伴いながらもその温度低
下の度合以上にノズル３から排出される燃焼ガス
Ｇの平均分子量を低下させて、推進性能ひいては
比推力を向上させることができる。しかも上記の
温度低下は、ノズル３の耐熱対策を容易にしてノ
ズル３の軽量化と設計自由度の拡大化に寄与でき
る。 また、本考案に用いる用剤１１と燃焼ガスＧと
の化学反応性は本質的には必要としないが、燃焼
ガスＧの温度低下を伴うことなく平均分子量を低
下させて比推力の向上を図る上では、燃焼ガスＧ
と混合した際に熱分解して低分子量の物質に変わ
り、その熱分解の際に発熱する物質を用いればよ
り効果的である。ヒドラジンはこの条件を満たし
ており、燃焼ガスＧに対する噴射量割合が20％の
場合には、表に例示した用剤のなかで最も高い比
推力が得られ、噴射量割合を変化させても比推力
そのものはそれほど大きく変化しないという特性
がある。
上を図つた固体ロケツトモータの構造に関する。 従来の技術 固体ロケツトモータは、基本的にはモータケー
スに内蔵した固体推進薬の燃焼によつて発生する
高温、高圧の燃焼ガスをモータケースの後部に装
着したノズルから排出して推力を発生する構造に
なつている（例えば昭和59年19月10日；丸善(株)発
行：航空宇宙工学便覧；第641，642頁参照）。 考案が解決しようとする問題点 固体ロケツトモータの比推力の向上を図るに
は、高エネルギーの固体推進薬と膨張比の大きな
ノズルとを使用する必要がある。しかし、高エネ
ルギーの固体推進薬での燃焼ガスが高温であるた
め、ノズルの耐熱対策から重量増加を招く。しか
も膨張比の大きなノズルを使用すると、段間継ぎ
手の長さも増加し、重量も増加する。このため比
推力の増加率が悪くなつてしまう。 ところで、比推力を燃焼ガスの温度と平均分子
量との関係からみると、比推力ISPは温度（絶対
温度）Ｔを平均分子量Ｍで除した値に比例する
（ISP＝α√UT／Ｍ、但しαは比例定数）。した
がつて、温度Ｔが降下する度合よりも平均分子量
Ｍが低下する度合の方が大きければ比推力LSPは
向上する。 そこで本考案は、燃焼ガスの低分子化を図つて
前記問題点を克服することができる固体ロケツト
モータを提供するものである。 問題点を解決するための手段 本考案では、モータケース後部に設けられるノ
ズルのスロートより燃焼ガス噴射方向の上流側部
分に、燃焼ガスとの混合により該燃焼ガスの平均
分子量を低下させる低分子化用剤を噴射する噴出
口を設けてある。 実施例 第１図において、１は固体ロケツトモータのモ
ータケースを示し、これには燃焼によつて３，
000°Kを越える高温、高圧の燃焼ガスＧを発生す
る固体推進薬２を内蔵してある。３はモータケー
ス１の後部に設けられるノズルを示し、スロート
４とスカート５とを備えている。スカート５はス
ロート構成体６から後方に延設した強度体７の内
側面に敷設した膨張ライナ体８を備えている。膨
張ライナ体８はそれ自身が燃焼ガスＧの熱で溶け
て熱が強度体７に伝わりにくいようにする所謂ア
ブレーシヨン効果を発揮できる素材で構成されて
いる。９はモータケース１からノズル３を覆うよ
うに延設された段間結合部である。１０は推力方
向制御用の二次噴出口である。これらの構造は従
来公知である。 ここで前記ノズル３のスロート４より燃焼ガス
Ｇ上流側部分には、燃焼ガスＧの冷却と低分子化
を図るための低分子化用剤１１を燃焼ガスＧに向
けて噴射する噴出口１２を設けてある。この噴出
口１２はノズル３の強度体７に組み付けられたマ
ニホールド１３に形成されている。このマニホー
ルド１３は前記用剤１１を充填したタンク１４に
電磁駆動型のバルブ１５を介して接続されてい
る。 タンク１４は耐高圧容器でなつており、ノズル
３と段間結合部９とで隔成された空間部１６に格
納配置されている。バルブ１５は、図外の制御機
能部からの開弁信号によつて開弁ポジシヨンに設
定されてタンク１４内の用剤１１を噴出口１２か
ら噴射させるとともに、制御機能部からの閉弁信
号によつて閉弁ポジシヨンに設定されて用剤１１
をタンク１４内に溜め置くようにするものであ
る。 また、前述の二次噴出口１０は前記マニホール
ド１３とは別のマニホールド１７，１８に形成さ
れており、このマニホールド１７，１８も前記バ
ルブ１５とは別の電磁駆動型のバルブ１９，２０
を介してタンク１４に接続されている。このバル
ブ１９，２０も前記バルブ１５と同様に図外の制
御機能部からの別の開弁信号で開弁ポジシヨンに
設定されるとともに閉弁信号で閉弁ポジシヨンに
設定されるようになつている。 前記低分子化用剤１１としては、硝酸、過酸化
水素等の水溶液、あるいは液体水素、ヒドラジ
ン、アンモニア、トリアルキルアルミニウム、水
等を選定できる。 以上の実施例構造によれば、固体推進薬２の燃
焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスＧに、バ
ルブ１５を開弁ポジシヨンに設定してタンク１４
内の用剤１１を噴出口１２から噴射すると、用剤
１１が熱交換作用により一部熱分解を伴いながら
気化して低分子量になる。一方、燃焼ガスＧは熱
を奪われて温度が下がる。そして用剤１１の混合
によつて、ノズル３から排出される燃焼ガスＧの
平均分子量も低下する。また用剤１１を混合した
後でも、燃焼ガスＧはノズル３の中心に近い部分
を多く流れ、用剤１１は矢印Ｘで示すようにノズ
ル３の壁面に近い部分を多く流れるので、ノズル
３の加熱度合が減少する。この結果、耐熱性のた
めに膨張ライナ体８に混入するアブレーシヨン用
材の量を減らすことができ、もつて重量の軽量化
の面からも比推力を大きくすることができる。 ここで各種用剤１１の実験データを下表に示
す。表に示した用剤は、いずれも物質そのものの
性質として燃焼ガスの分子量よりも低分子量の物
質であるか、あるいは燃焼ガスとの混合に伴う熱
分解により低分子量となる物質であつて、燃焼ガ
スＧの所定の温度低下を伴いながらもその温度低
下の度合以上にノズル３から排出される燃焼ガス
Ｇの平均分子量を低下させて、推進性能ひいては
比推力を向上させることができる。しかも上記の
温度低下は、ノズル３の耐熱対策を容易にしてノ
ズル３の軽量化と設計自由度の拡大化に寄与でき
る。 また、本考案に用いる用剤１１と燃焼ガスＧと
の化学反応性は本質的には必要としないが、燃焼
ガスＧの温度低下を伴うことなく平均分子量を低
下させて比推力の向上を図る上では、燃焼ガスＧ
と混合した際に熱分解して低分子量の物質に変わ
り、その熱分解の際に発熱する物質を用いればよ
り効果的である。ヒドラジンはこの条件を満たし
ており、燃焼ガスＧに対する噴射量割合が20％の
場合には、表に例示した用剤のなかで最も高い比
推力が得られ、噴射量割合を変化させても比推力
そのものはそれほど大きく変化しないという特性
がある。
【表】
【表】
その一方、上記の実施例構造によれば、タンク
１４をノズル３の外側のデツドスペースである空
間部１６に格納配置してあるので、全体をコンパ
クトに形成できる。しかも、二次噴出口１０をも
タンク１４に接続してあるので、二次噴出口１０
からの用剤１１の噴射時期や噴射量を積極的に制
御することにより、推力方向制御装置としての機
能を併せ持たせることができる。 考案の効果 以上のように本考案によれば、ノズルのスロー
トより燃焼ガス噴射方向の上流側部分から燃焼ガ
スの低分子化用剤を噴射して、その低分子化用剤
と燃焼ガスとの混合により燃焼ガスの平均分子量
を低下させるようにしたことにより、他の性能に
影響を及ぼすことなく比推力を向上させることが
できる。また、低分子化用剤によるノズル内壁面
の保護作用のためにノズルの入熱量も減少するこ
とから、比推力の向上に伴つてノズルの耐熱対策
のためにノズルの重量が増加することもなく、上
記の比推力の向上と併せてノズルの重量を軽減で
きる効果がある。
１４をノズル３の外側のデツドスペースである空
間部１６に格納配置してあるので、全体をコンパ
クトに形成できる。しかも、二次噴出口１０をも
タンク１４に接続してあるので、二次噴出口１０
からの用剤１１の噴射時期や噴射量を積極的に制
御することにより、推力方向制御装置としての機
能を併せ持たせることができる。 考案の効果 以上のように本考案によれば、ノズルのスロー
トより燃焼ガス噴射方向の上流側部分から燃焼ガ
スの低分子化用剤を噴射して、その低分子化用剤
と燃焼ガスとの混合により燃焼ガスの平均分子量
を低下させるようにしたことにより、他の性能に
影響を及ぼすことなく比推力を向上させることが
できる。また、低分子化用剤によるノズル内壁面
の保護作用のためにノズルの入熱量も減少するこ
とから、比推力の向上に伴つてノズルの耐熱対策
のためにノズルの重量が増加することもなく、上
記の比推力の向上と併せてノズルの重量を軽減で
きる効果がある。
第１図は本考案の一実施例を示す断面図であ
る。 １……モータケース、３……ノズル、１１……
用剤、１２……噴出口。
る。 １……モータケース、３……ノズル、１１……
用剤、１２……噴出口。
Claims (1)
- モータケース後部に設けられるノズルのスロー
トより燃焼ガス噴射方向の上流側部分に、燃焼ガ
スとの混合により該燃焼ガスの平均分子量を低下
させる低分子化用剤を噴射する噴出口を設けたこ
とを特徴とする固体ロケツトモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987180747U JPH0517406Y2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1987180747U JPH0517406Y2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0185446U JPH0185446U (ja) | 1989-06-06 |
| JPH0517406Y2 true JPH0517406Y2 (ja) | 1993-05-11 |
Family
ID=31472253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1987180747U Expired - Lifetime JPH0517406Y2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0517406Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105499A (en) * | 1976-03-02 | 1977-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | Rocket motor |
-
1987
- 1987-11-27 JP JP1987180747U patent/JPH0517406Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105499A (en) * | 1976-03-02 | 1977-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | Rocket motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0185446U (ja) | 1989-06-06 |
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