JPH0726718B2 - ロケツトタンク軽量断熱構造体 - Google Patents
ロケツトタンク軽量断熱構造体Info
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- JPH0726718B2 JPH0726718B2 JP61102178A JP10217886A JPH0726718B2 JP H0726718 B2 JPH0726718 B2 JP H0726718B2 JP 61102178 A JP61102178 A JP 61102178A JP 10217886 A JP10217886 A JP 10217886A JP H0726718 B2 JPH0726718 B2 JP H0726718B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体酸素／液体水素ロケツトタンクに関するも
ので特に該ロケツトタンクの軽量断熱構造に関する。
ので特に該ロケツトタンクの軽量断熱構造に関する。
液体酸素／液体水素（以下、LOX/LH2と略す）燃料は高
推力が得られることから、人工衛星打上用ロケツトに実
用されている。しかし、LOX及びLH2はその沸点がそれぞ
れ約−184℃、約−253℃と極めて低いため、ロケツトタ
ンクに充填された場合、蒸発をできるだけ少なくするた
めの断熱構造が必須であり、性能、加工性及びコストか
らこれまでに実用化されたものは第２図〜第５図に示す
ようにほとんどが外部断熱構造で、プラスチツクフオー
ム単層か、強化プラスチツク（FRP）でプラスチツクフ
オーム材を包み込んだものか、耐熱材（アブレーテイブ
・コーデイング）をタンク面に部分的に塗布したものを
プラスチツクフオームで覆つたものである。
推力が得られることから、人工衛星打上用ロケツトに実
用されている。しかし、LOX及びLH2はその沸点がそれぞ
れ約−184℃、約−253℃と極めて低いため、ロケツトタ
ンクに充填された場合、蒸発をできるだけ少なくするた
めの断熱構造が必須であり、性能、加工性及びコストか
らこれまでに実用化されたものは第２図〜第５図に示す
ようにほとんどが外部断熱構造で、プラスチツクフオー
ム単層か、強化プラスチツク（FRP）でプラスチツクフ
オーム材を包み込んだものか、耐熱材（アブレーテイブ
・コーデイング）をタンク面に部分的に塗布したものを
プラスチツクフオームで覆つたものである。
第２図に示したものにおいては、プライマ塗料３を塗布
したアルミ合金製タンク構造材２の表面にポリウレタン
を吹付発泡後、その極低温タイプのポリウレタンフオー
ム（以下、PUFと略す）６の表層を切削し、所定の厚さ
にした後、0.1〜0.5mm厚さの薄い耐候性に優れた塗料７
が塗布されている。
したアルミ合金製タンク構造材２の表面にポリウレタン
を吹付発泡後、その極低温タイプのポリウレタンフオー
ム（以下、PUFと略す）６の表層を切削し、所定の厚さ
にした後、0.1〜0.5mm厚さの薄い耐候性に優れた塗料７
が塗布されている。
この構造のものは、耐熱性が不十分なため、最高使用温
度を制限するか予め表層の焼損を見込んだ設計を行う必
要がある。（サターンＳ−II、Ｈ−Ｉで実用化） 第３図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２の外面に極低温タイプのポリ塩化ビニルフオーム
９をガラス繊維布で補強した接着剤（例えばガラスクロ
ス補強エポキシ樹脂）８で装着し、表面にアブレーテイ
ブ（Ablative）材料10を前述の接着剤８で接着してい
る。
度を制限するか予め表層の焼損を見込んだ設計を行う必
要がある。（サターンＳ−II、Ｈ−Ｉで実用化） 第３図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２の外面に極低温タイプのポリ塩化ビニルフオーム
９をガラス繊維布で補強した接着剤（例えばガラスクロ
ス補強エポキシ樹脂）８で装着し、表面にアブレーテイ
ブ（Ablative）材料10を前述の接着剤８で接着してい
る。
この構造のものは、構造重量が少し重くなり、また加工
コスト高となる。（アリアンで実用化） 第４図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２の外面にFRP（ガラス／フエノリツク）11でサン
トイツチとしたFRPハニカム補強PUF12製パネルを機械的
に装着している。
コスト高となる。（アリアンで実用化） 第４図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２の外面にFRP（ガラス／フエノリツク）11でサン
トイツチとしたFRPハニカム補強PUF12製パネルを機械的
に装着している。
この構造のものは、構造重量が重くなり、断熱性能も劣
る。（タイタンセントール） 第５図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２にシリコーン系アブレーテイブ材料10を部分的に
接着し、その上から極低温タイプのポリイソシアヌレー
トを吹付発泡して極低温タイプのポリイソシアヌレート
・フオーム（以下、PIFと略す）14を形成している。
る。（タイタンセントール） 第５図に示したものにおいては、アルミ合金製タンク構
造材２にシリコーン系アブレーテイブ材料10を部分的に
接着し、その上から極低温タイプのポリイソシアヌレー
トを吹付発泡して極低温タイプのポリイソシアヌレート
・フオーム（以下、PIFと略す）14を形成している。
この構造のものは表層PIFの焼損を見込んでおく必要が
ある。（スペースシヤトル外部タンク） 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の断熱構造の中でPUFの上に薄い塗料を塗布した第
２図のものや、タンク面から断熱構造表面まで、極低温
特性に優れたPIFで断熱層を形成した第５図のもので
は、耐熱性が不足するため、その使用温度は最高200℃
程度に制限されるか、局所的に高温となりプラスチツク
フオームが焼損した場合にバツクアツプ材として密度が
0.2g/cm3以上のアブレーテイブ材料が必要である。
ある。（スペースシヤトル外部タンク） 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の断熱構造の中でPUFの上に薄い塗料を塗布した第
２図のものや、タンク面から断熱構造表面まで、極低温
特性に優れたPIFで断熱層を形成した第５図のもので
は、耐熱性が不足するため、その使用温度は最高200℃
程度に制限されるか、局所的に高温となりプラスチツク
フオームが焼損した場合にバツクアツプ材として密度が
0.2g/cm3以上のアブレーテイブ材料が必要である。
表面の耐熱性を上げるために表層にアブレーテイブ材料
を接着したものは、その密度（0.5〜2.0g/cm3）が極め
て大きいため、重量増加をきたしロケツトの性能を著し
く損ない、その加工費も高額となる。
を接着したものは、その密度（0.5〜2.0g/cm3）が極め
て大きいため、重量増加をきたしロケツトの性能を著し
く損ない、その加工費も高額となる。
このため極低温特性及び耐熱性に優れ、軽量で断熱性が
良好な低コスト耐熱構造体が望まれている。本発明はこ
の要望に答えたロケツトタンクの軽量断熱構造体を提供
しようとするものである。
良好な低コスト耐熱構造体が望まれている。本発明はこ
の要望に答えたロケツトタンクの軽量断熱構造体を提供
しようとするものである。
軽量断熱構造体を形成する方法として最も有用な方法は
プラスチツクフオーム断熱材であるが、極低温特性（−
253℃で破断伸びて２％以上）と200℃以上の耐熱性を１
層のプラスチツクフオームで併せ持つことは極めて困難
である。
プラスチツクフオーム断熱材であるが、極低温特性（−
253℃で破断伸びて２％以上）と200℃以上の耐熱性を１
層のプラスチツクフオームで併せ持つことは極めて困難
である。
本発明者らは、ロケツトタンクのプラスチツクフオーム
断熱材においては、−150℃以下の極低温に暴露される
厚さは10mm以下であり、また表面が200℃以上の高温に
暴露される時間は数分以下と極めて短いという事実よ
り、耐熱性・耐寒性の異なるプラスチツクフオームを重
ね合わせて、ロケツトタンク外部断熱構造体とすること
が合目的であるとの知見を得た。
断熱材においては、−150℃以下の極低温に暴露される
厚さは10mm以下であり、また表面が200℃以上の高温に
暴露される時間は数分以下と極めて短いという事実よ
り、耐熱性・耐寒性の異なるプラスチツクフオームを重
ね合わせて、ロケツトタンク外部断熱構造体とすること
が合目的であるとの知見を得た。
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。
すなわち本発明は、ロケツトタンク構造体の表面に極低
温タイプの第１のプラスチツクフオームを設け、該第１
のプラスチツクフオームよりも外部環境側に耐熱タイプ
の第２のプラスチツクフオームを設けてなることを特徴
とする液体酸素／液体水素ロケツトタンク断熱構造体で
ある。
温タイプの第１のプラスチツクフオームを設け、該第１
のプラスチツクフオームよりも外部環境側に耐熱タイプ
の第２のプラスチツクフオームを設けてなることを特徴
とする液体酸素／液体水素ロケツトタンク断熱構造体で
ある。
本発明の上記構成において、第１及び第２のプラスチツ
クフオームとしては、かさ密度0.03〜0.10g/cm3のPUF、
ポリ塩化ビニルフオーム、PIFを使用するのが好まし
い。極低温タイプの第１のプラスチツクフオームとして
は、ポリ塩化ビニルフオーム、PUF、NCOインデツクス35
0以下のPIFを用いることができるが、NCOインデツクス3
50以下のPIFが性能と加工性の面から最も好ましい。又
一般的に耐熱タイプの第２のプラスチツクフオームとし
てはNCOインデツクス400〜1000のPIFが用いられる。
クフオームとしては、かさ密度0.03〜0.10g/cm3のPUF、
ポリ塩化ビニルフオーム、PIFを使用するのが好まし
い。極低温タイプの第１のプラスチツクフオームとして
は、ポリ塩化ビニルフオーム、PUF、NCOインデツクス35
0以下のPIFを用いることができるが、NCOインデツクス3
50以下のPIFが性能と加工性の面から最も好ましい。又
一般的に耐熱タイプの第２のプラスチツクフオームとし
てはNCOインデツクス400〜1000のPIFが用いられる。
更に、耐熱構造体の第１のプラスチツクフオームが極低
温（〜−253℃）においてタンク構造体との接着部が剥
離を起こさないような極低温での引張り破断伸びの大き
いプラスチツクフオーム、例えばNCOインデツクス350以
下のPIFで第２のプラスチツクフオームが飛昇時空力加
熱やエンジンからの輻射加熱による焼損をできるだけ小
さくするためにNCOインデツクス400〜1000のPIFを用い
る組合せが最も好ましい。
温（〜−253℃）においてタンク構造体との接着部が剥
離を起こさないような極低温での引張り破断伸びの大き
いプラスチツクフオーム、例えばNCOインデツクス350以
下のPIFで第２のプラスチツクフオームが飛昇時空力加
熱やエンジンからの輻射加熱による焼損をできるだけ小
さくするためにNCOインデツクス400〜1000のPIFを用い
る組合せが最も好ましい。
本発明のロケツトタンクの断熱構造体は２層以上のプラ
スチツクフオームよりなり、最内層は極低温下タンク材
から剥離しないように極低温での破断伸びに優れたもの
であり、最外層は真空下、高温（200℃以上）まで急速
加熱されても表面が剥離したり、炭化浸食したり断熱性
能を損うようなクラツクが発生しないような耐熱性を持
つものであるので理想的なロケツトタンク用の断熱構造
体である。
スチツクフオームよりなり、最内層は極低温下タンク材
から剥離しないように極低温での破断伸びに優れたもの
であり、最外層は真空下、高温（200℃以上）まで急速
加熱されても表面が剥離したり、炭化浸食したり断熱性
能を損うようなクラツクが発生しないような耐熱性を持
つものであるので理想的なロケツトタンク用の断熱構造
体である。
以下、本発明の一実施態様を第１図によつて説明する。
図において、１はロケツトタンク軽量断熱構造体、２は
ロケツトタンク構造体、３はプライマ塗料、４は極低温
タイプのプラスチツクフオーム、５は耐熱性タイプのプ
ラスチツクフオームである。
図において、１はロケツトタンク軽量断熱構造体、２は
ロケツトタンク構造体、３はプライマ塗料、４は極低温
タイプのプラスチツクフオーム、５は耐熱性タイプのプ
ラスチツクフオームである。
第１図に示すアルミ合金よりなるLOX/LH2ロケツトタン
ク構造材２の表面にエポキシ樹脂系のプライマ塗料３を
塗布した後、下記第１表に示す物性を有するNCOインデ
ツクス280のPIFよりなる極低温タイプのプラスチツクフ
オーム４を約15mm吹付発泡して設け、該発泡面に同じく
下記第１表に示す物性を有するNCOインデツクス450のPI
Fよりなる耐熱タイプのプラスチツクフオーム５を約10m
m吹付発泡によつて形成させてロケツトタンク軽量断熱
構造体を作製した。
ク構造材２の表面にエポキシ樹脂系のプライマ塗料３を
塗布した後、下記第１表に示す物性を有するNCOインデ
ツクス280のPIFよりなる極低温タイプのプラスチツクフ
オーム４を約15mm吹付発泡して設け、該発泡面に同じく
下記第１表に示す物性を有するNCOインデツクス450のPI
Fよりなる耐熱タイプのプラスチツクフオーム５を約10m
m吹付発泡によつて形成させてロケツトタンク軽量断熱
構造体を作製した。
この製作した約□300mmの断熱構造体１を第６図に示す
試験装置に組み込みロケツトタンク断熱構造体の打上時
を近似させた試験を行つた。
試験装置に組み込みロケツトタンク断熱構造体の打上時
を近似させた試験を行つた。
第６図中、符号１〜５は第１図に説明した通りのもので
あり、６は真空槽、７は真空ポンプ、８は防熱ガード、
９は液体ヘリウム槽、10は石英ランプ、11は熱電対、12
は温度計測装置である。
あり、６は真空槽、７は真空ポンプ、８は防熱ガード、
９は液体ヘリウム槽、10は石英ランプ、11は熱電対、12
は温度計測装置である。
試験するに当つては、真空槽６の内部を真空ポンプ７で
１トール以下に真空引きし、液体ヘリウム槽９には液体
ヘリウムを充填し、作製した断熱構造体１の極低温タイ
ププラスチツクフオーム４のタンク構造材２との界面を
極低温に冷却する。耐熱タイププラスチツクフオーム５
の表面を石英ランプ10で少し加熱して、０℃近辺の定常
状態とする。
１トール以下に真空引きし、液体ヘリウム槽９には液体
ヘリウムを充填し、作製した断熱構造体１の極低温タイ
ププラスチツクフオーム４のタンク構造材２との界面を
極低温に冷却する。耐熱タイププラスチツクフオーム５
の表面を石英ランプ10で少し加熱して、０℃近辺の定常
状態とする。
次いで、石英ランプ10のパワーを規定の温度上昇（電力
加熱による）となるように急激に上げて、耐熱タイププ
ラスチツクフオーム５の表面温度を約400℃まで上げて
加熱を中止し、自然放冷させる。この時の断熱構造体１
の表面とタンク構造材２の温度は熱電対11を介して温度
計測装置12で記録する。
加熱による）となるように急激に上げて、耐熱タイププ
ラスチツクフオーム５の表面温度を約400℃まで上げて
加熱を中止し、自然放冷させる。この時の断熱構造体１
の表面とタンク構造材２の温度は熱電対11を介して温度
計測装置12で記録する。
極低温タイプのプラスチツクフオーム４のプライマ塗料
３との界面温度を約−253℃とし、耐熱タイプのプラス
チツクフオーム５の表面を約１トールの真空下石英ラン
プで約０℃から400℃まで約1.5分で加熱し、400℃に達
した時点でランプの電源を切り、自然放冷した。（400
℃から200℃まで約1.5分で冷却） 耐熱性の効果を確認するためNCOインデツクス280のPIF
よりなる極低温タイプのプラスチツクフオーム４だけで
約25mmの断熱層を形成させた供試体も同一条件で試験し
た。
３との界面温度を約−253℃とし、耐熱タイプのプラス
チツクフオーム５の表面を約１トールの真空下石英ラン
プで約０℃から400℃まで約1.5分で加熱し、400℃に達
した時点でランプの電源を切り、自然放冷した。（400
℃から200℃まで約1.5分で冷却） 耐熱性の効果を確認するためNCOインデツクス280のPIF
よりなる極低温タイプのプラスチツクフオーム４だけで
約25mmの断熱層を形成させた供試体も同一条件で試験し
た。
その結果第１図に示す如く２層のPIFで試作したものは
表面が僅かに変色し微細な表面クラツクが発生しただけ
であつたが、極低温タイプのプラスチツクフオーム４単
層による供試体は、試験時表面温度が約170℃位から径
５〜20mm×厚さ１〜2mmの薄片がはがれ落ち、試験後３
〜5mm浸食された。
表面が僅かに変色し微細な表面クラツクが発生しただけ
であつたが、極低温タイプのプラスチツクフオーム４単
層による供試体は、試験時表面温度が約170℃位から径
５〜20mm×厚さ１〜2mmの薄片がはがれ落ち、試験後３
〜5mm浸食された。
プラスチツクフオームの断熱施工方式は吹付発泡以外に
発泡体ブロツクから切削加工したものを接着剤で接着す
る方法も可能である。更にプラスチツクフオームは極低
温タイプと耐熱タイプの層の間に更に別のグレート材質
のものを重ね合せ３層以上にすることも可能である。
発泡体ブロツクから切削加工したものを接着剤で接着す
る方法も可能である。更にプラスチツクフオームは極低
温タイプと耐熱タイプの層の間に更に別のグレート材質
のものを重ね合せ３層以上にすることも可能である。
本発明によるロケツトタンク軽量断熱構造体は極低温タ
イプのプラスチツクフオームと耐熱性タイプのプラスチ
ツクフオームを重ね合わせてあるので、LOX/LH2ロケツ
トタンクが打上げ飛昇時遭遇する真空下、タンク構造材
側温度−253℃、断熱構造表面温度200℃以上の条件で高
性能（軽量、高断熱性）な経済性の高い断熱構造体であ
る。
イプのプラスチツクフオームと耐熱性タイプのプラスチ
ツクフオームを重ね合わせてあるので、LOX/LH2ロケツ
トタンクが打上げ飛昇時遭遇する真空下、タンク構造材
側温度−253℃、断熱構造表面温度200℃以上の条件で高
性能（軽量、高断熱性）な経済性の高い断熱構造体であ
る。
第１図は本発明ロケツトタンク軽量断熱構造体の一実施
態様を示す図、第２図〜第５図は従来の同種断熱構造体
の構成を説明するための図、第６図は断熱構造体の特性
を試験するための試験装置の概略を示す図である。
態様を示す図、第２図〜第５図は従来の同種断熱構造体
の構成を説明するための図、第６図は断熱構造体の特性
を試験するための試験装置の概略を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 元康 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 大島 正征 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 小林 裕太郎 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空機製作所内 (72)発明者 菊池 四郎 神奈川県横浜市港南区港南台８−５−４− 104 (72)発明者 稲本 実 神奈川県横浜市鶴見区鶴見１−５−21 二 見台社宅 (72)発明者 松岡 修司 神奈川県横浜市戸塚区平戸３−６−10− 401 (72)発明者 土谷 文明 愛知県名古屋市中村区岩塚町字九反所60番 地の１ 中菱エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−104418（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−22949（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】ロケツトタンク構造材の表面に極低温タイ
プの第１のプラスチツクフオームを設け、該第１のプラ
スチツクフオームよりも外部環境側に耐熱タイプの第２
のプラスチツクフオームを設けてなることを特徴とする
液体酸素／液体水素ロケツトタンク断熱構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102178A JPH0726718B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | ロケツトタンク軽量断熱構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102178A JPH0726718B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | ロケツトタンク軽量断熱構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62258292A JPS62258292A (ja) | 1987-11-10 |
| JPH0726718B2 true JPH0726718B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=14320425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61102178A Expired - Fee Related JPH0726718B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | ロケツトタンク軽量断熱構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0726718B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1986
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