JPH07301151A

JPH07301151A - 固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ

Info

Publication number: JPH07301151A
Application number: JP6115920A
Authority: JP
Inventors: Akira Iwama; 彬岩間
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1994-05-02
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】［目的］振動燃焼を起こしにくい固体推進薬でも確実
に振動燃焼を起こさせることができ、装置コストを大巾
に低下させる固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナを提
供すること。［構成］燃焼筒１１の一端には燃焼ノズル１２が固定
されており、他端は蓋１４により閉塞されている。これ
に鉄製のスリーブ２５内に充填、形成された第１グレイ
ン部２１、第２グレイン部２２をそれぞれ蓋１４及びノ
ズル１２に近接して配設され、この境界部に小孔２４を
形成した仕切板２３を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロケットモータに用いら
れる固体推進薬の振動燃焼特性の試験用バーナに関す
る。ここで振動燃焼とは、推進薬の燃焼速度が圧力に影
響されることにより、ロケットモータの燃焼室の圧力と
燃焼速度が連成して、燃焼室圧力の変動を伴いながら燃
焼がおこることをいう。振動燃焼が生じると、ロケット
モータが所定の推進力を発生しないのみならず、モータ
構成要素及び搭載機器に悪影響を及ぼしたり、最悪の場
合はモータが破裂したりする。従って、固体推進薬の振
動燃焼特性を測定することはロケットモータの開発のた
めに非常に重要な意味を持っている。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来、固体推進薬の振動
燃焼特性の試験装置としてはいくつかのものが知られて
いた。

【０００３】その中でＴバーナといわれるものは、図１
６に示すように円筒状の圧力容器１中の両端に試験しよ
うとする推進薬２ａ、２ｂを取り付け燃焼させて、燃焼
と連成した圧力振動を起こさせ、一方、円筒の側面中央
部から導管３で大きなサージタンク４ａ、４ｂに連結
し、発生したガスをこのタンク４ａ、４ｂに逃すように
したものである。この方法では円筒の気柱振動周波数を
測定することで、比較的簡単に目的とする音響アドミッ
タンスを知ることができるが、全体が圧力容器になって
いるので装置が大型で高価になる、試験できる推進薬の
量が限られるため振動燃焼が起きない場合がある、等の
問題点があった。特に、振動燃焼が比較的起きにくい推
進薬に対しては、この装置でも振動燃焼が起きにくく、
データの取得ができない場合があり、実際のロケットモ
ータの設計に支障をきたしていた。ある場合には、Ｔバ
ーナで振動燃焼の起きなかった推進薬を実際のロケット
モータで燃焼させたら振動燃焼が生じた例があり、Ｔバ
ーナと現実のロケットモータとの対応が必ずしも良くな
いという欠点があることもわかってきた。

【０００４】又、排気ガス流量変動装置付き小型ロケッ
トモータといわれるものは、図１７及び図１８に示され
るが小型ロケットモータで試験しようとする推進薬Ｇを
燃焼させ、燃焼室のノズル出口或いはノズルの他に設け
た燃焼ガス出口に歯車式（図１８）或いは回転式バルブ
（図１７）を設け、噴出ガスの流量を強制的に変化させ
る。この結果、燃焼室Ａ、Ｂの圧力を強制的に変化さ
せ、圧力振動を誘起しようとするものである。しかし、
この装置は、回転部分のある複雑なものとなる、燃焼ガ
スが高温のためロータリバルブ５や歯車式バルブ６が溶
融しやすい、強制的に振動を起こしているので振動燃焼
特性の解析が複雑となる等の問題を有している。

【０００５】更に図１９に示されるようなインピーダン
ス管といわれるものもあり、これは円柱管７内の端部で
試験しようとする推進薬８を燃焼させ、反対側の端部に
置いた音響加振器９で圧力振動を強制的に発生させ、管
の内部の圧力振動を管外部から精密ピックアップ（マイ
クロフォン）１０ａ、１０ｂで測定しようとするもので
あるが、この場合も、全体が圧力容器になるので装置が
高価になる、強制的音響加振をしているので振動燃焼特
性の解析が複雑となる等の問題点を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、従来の固体推進薬の振動燃焼特性の試
験装置が持つ上記欠点を克服し、振動燃焼が起きにくい
推進薬に対しても振動燃焼を確実に起こさせることがで
きて、確実なデータの取得を可能とし、コストが比較的
低く、又振動燃焼特性の解析も簡単であり、しかも実際
のロケットモータとの対応も優れた固体推進薬振動燃焼
特性試験用バーナを提供することを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、燃焼室
と燃焼ガスノズルと固体推進薬と点火手段とから成る固
体推進薬振動燃焼特性試験用バーナにおいて、前記燃焼
室が筒体であり、該筒体の一端は開口して前記燃焼ガス
ノズルに連通しており、他端は閉塞しており、前記固体
推進薬のグレインは前記燃焼ガスノズル側には開口し、
軸方向に延在する孔を有し、前記閉塞側に配設され、比
較的に断面積の大で比較的容積が大なる第１グレイン部
と前記燃焼ガスノズル側に配設され、比較的に断面積の
小で比較的に容積が小なる第２グレイン部とから成り、
前記第１グレイン部と第２グレイン部との境界部分に可
燃性及び／又は熱融解性の仕切板を配設し、該仕切板に
は前記孔に連通して少なくとも１個の小孔が形成されて
いることを特徴とする固体推進薬振動燃焼特性試験用バ
ーナ、によって達成される。

【０００８】

【作用】ロケットモータに組込む固体推進薬のグレイン
の形状は従来と異なり、特定なものとされ、グレインの
燃焼を段階的に起こさせる構成としている。点火手段に
より第２グレインの表面に最初に点火させると比較的穏
やかに点火し、仕切板が燃えて融解した後、第１グレイ
ン部が燃焼し、燃焼室内に振動圧力を発生する。これは
従来比較的振動燃焼を起こしにくい推進薬に対しても確
実に発生させることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例による固体推進薬振動
燃焼特性試験用バーナについて、図面を参照して説明す
る。図１乃至図４は本発明の第１実施例を示すものであ
るが、図１は本実施例のバーナの燃焼室を示し、鉄で成
る筒体１１で形成され、その内径ｄ₁ は６５ｍｍ、長さ
Ｌは８３０ｍｍである。その一端には燃焼ガスノズル１
２が固定されており、他端には蓋１３が固定されてい
る。この蓋１３には細溝状の孔１４が形成され、これは
燃焼室Ｑ内の圧力を測定するために設けられ、燃焼試験
時にはここに圧力センサが設けられる。

【００１０】本実施例では表１に示す推進薬Ｎｏ．Ａが
用意される。すなわちこれは重量部パーセントで過塩素
酸アンモニウム８１ＷＴパーセント、アルミニウム粉５
ＷＴパーセント及びＨＴＰＢ（末端水酸基ポリブタジエ
ン）系バインダー１４ＷＴパーセントから成っている。
このような推進薬グレインＧが図２に示す鉄製スリーブ
２５内に図示するように取り付けられるのであるが、ス
リーブ２５の両端部にはゴム製のインシュレータ２６、
２７が貼着されており、本実施例の推進薬グレインＧは
第１グレイン部２１（以下、グレインＡとも称する）、
第２グレイン部２２（以下、グレインＢとも称する）と
を一体化した構造を呈している。第１グレイン部２１の
長さＬ_a は７２９ｍｍ、外径Ｄ₁ は５９ｍｍである。そ
の中心に直径ｄ₂ が２５ｍｍの孔を形成させている。従
ってこの薬厚ｍ₁ は１７ｍｍである。又これにノズル側
に向かって隣設している第２グレイン部Ｂは長さＬ_b が
８４ｍｍ、外径Ｄ₂ が５９ｍｍ、その内孔の直径ｄ₃ が
４２ｍｍ、従って薬厚ｍ₂は８．５ｍｍとなっている。

【００１１】従って、全体のグレインＧは一本の厚肉円
筒状であるが、第１グレイン部２１の部分と、第２グレ
イン部２２の部分とが肉厚（薬厚）が異なり、両グレイ
ン部の境界部分で内孔部に段差を持つ形状を呈してい
る。この段差の部分に直径４２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの
アクリル製円板で成る仕切板２３が接着剤でグレインＧ
の段部に当接して貼着されている。この仕切板２３には
中心に直径１．５ｍｍの小孔２４が形成されている。な
お上記鉄製スリーブ２５は燃焼筒１１の内径に嵌合する
ように外形Ｄ₃ は６５ｍｍとされている。

【００１２】以上のようにして構成されるスリーブ付き
推進薬グレインＧを図１に示す鉄製燃焼筒１１内に挿入
した。この場合、第２グレイン部２２が燃焼ノズル１２
側に配置され、グレイン全体Ｇは燃焼室Ｑ内で蓋１３側
に押しつけるようにして固定されている。又第２グレイ
ン部２２の内孔表面近傍に一辺が３ｍｍの立方体状推進
薬３０が貼着され、これにニクロム線を貫通させてい
て、これは図示されていないが、ノズル１２を通して外
部に導出されている。かくして、図３に示すような試験
用バーナＲが得られる。

【００１３】以上のようにして組み立てたバーナＲにお
いて、図示しないニクロム線に電流をながすことで、ま
ず第２グレイン部Ｂに着火する。燃焼室Ｑの内圧は最初
１ＭＰａ未満であったが、第１グレイン部Ｂに着火した
のちは、振巾１．３ＭＰａ前後の振動を伴った５乃至１
０ＭＰａの内圧を示した。この内圧の実測曲線とこれか
ら直流成分を取り去った振動曲線とを図４に示す。図に
おいてｐｃが実際の燃焼室内の内圧の変化を示すグラフ
であり、これから直流成分を取った振動曲線がｐｖで示
されている。このタイムチャートから所定の演算を行っ
てＫ値を求める。これは表１に示され、５×１０^-3以上
と演算された。

【００１４】本発明の第２実施例では表１に示すように
推進薬Ｎｏ．Ｂが用いられ重量部で過塩素酸アンモニウ
ム７０ＷＴパーセント、アルミニウム粉１８ＷＴパーセ
ント、及びＨＴＰＢ系バインダー１２ＷＴパーセントか
らなり、又、燃焼室の長さは１６５０ｍｍ（図１の筒１
１の長さが約倍となる。）とする他は第１実施例と同様
であるが、バーナＲ₁ は図９のようになる。点火装置に
接続したニクロム線に電流を流すことにより、振動圧力
を発生させた。この実験データは図５に示され、ｐｃが
実際の内圧であり、ｐｖがそれから直流成分を差し引い
た振動成分である。このｐｖの曲線から同じく表１に示
すＫ値を求めた。すなわち９．８×１０^-4が得られる。

【００１５】

【表１】

【００１６】実施例３では表１における推進薬Ｎｏ．Ｃ
が用いられ、推進薬組成は重量部で過塩素酸アンモニウ
ム６８ＷＴパーセント、アルミニウム粉２０ＷＴパーセ
ント、及びＨＴＰＢ系バインダー１２ＷＴパーセントの
構成であり、燃焼室筒の長さが第２実施例と同様に１６
５０ｍｍであった。そのバーナＲ₁ は図９に示すものと
同一である。その実験結果は図６に示され、上記実施例
と同様にｐｃが実際の内圧変化であり、ｐｖがそれから
直流成分を引いた振動成分である。このチャートから所
定の演算を行ない、この場合にはＫとして３．４×１０
^-4が得られる。

【００１７】次の実施例４では推進薬Ｎｏ．Ｂ、すなわ
ち第２実施例と同様な組成の推進薬を用い、燃焼室の長
さも１６５０ｍｍと同じであるが、第１グレイン部Ａの
長さＬ_a が３２２ｍｍ、第２グレイン部Ｂの長さが８４
ｍｍであり、第２グレイン部Ｂは同じであるが、第１グ
レイン部Ａの長さが約半分以下である。同様に第２グレ
イン部Ｂに貼着した点火装置のニクロム線に電流を流す
ことにより、点火して燃焼室内の内圧を測定した結果は
図７に示されるが、ここでは振動成分のみ示している。
これから所定の演算を行ってＫ値を求めた結果、表１に
示すように１．５７×１０^-3あった。

【００１８】以上、３種類の推進薬、Ａ、Ｂ、Ｃについ
てその振動燃焼測定値であるＫ値を求めることができ、
それらの比較が可能となった。すなわち第１実施例、第
２実施例、及び第４実施例のそれぞれのＫ値よりも第３
実施例のＫ値が小さく、この第３実施例の推進薬が振動
燃焼しにくい性質を持っていることが明らかになってい
る。

【００１９】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２０】例えば以上の実施例では、点火装置として
３ｍｍの立方体の推進薬にニクロム線を接続し、これに
電流を流すことにより点火させるようにしたが、これに
代えて雷管、或いは各種の火工品を用いてもよい。しか
しながら何れにしても瞬間的に強力な火災を出すものよ
りは比較的に穏やかに着火できるもののほうが望まし
い。

【００２１】又、以上のグレインＧの孔の断面形状は円
形としたが、これに限ることなく、一般の固体ロケット
によく用いられる星形形状としてもよく、又、このグレ
インの中心軸に沿って形成される孔の数も１個に限ら
ず、複数であってもよい。

【００２２】又、第１グレイン部Ａの平均薬厚ｍ₁ の第
２グレイン部Ｂの平均薬厚ｍ₂ に対する倍数は図示した
ものに限ることなく、１〜１０倍、更に好ましくは１．
５〜５倍にしてもよい。この値が１未満、すなわち第１
グレイン部Ａと、第２グレイン部Ｂとの薬厚が前者の方
が小さい場合でも使用できないことはないが、本発明の
目的に照らして、１未満にする特別な利点が考えにく
く、又、１０を越えると第１グレイン部Ａに着火せずに
燃焼が中断する場合がある。なお、請求項１では断面積
が比較的に大小と区別したが、同一である場合も含むも
のとする。

【００２３】又、第１グレイン部Ａ及び第２グレイン部
Ｂの長さも図示したものに限ることなく、第１グレイン
部Ａの軸方向の長さＬ_a は第２グレイン部Ｂの軸方向の
長さＬ_b の１乃至２０倍、更に好ましくは２乃至１０倍
にしてもよい。この値が上記範囲外では、顕著な振動燃
焼を生じない場合があったり、燃焼が中断したりする場
合がある。

【００２４】更に、上記燃焼筒１１内の軸方向の長さＬ
に対して、上記Ｌ_a とＬ_b との和、すなわちＬ_a ＋Ｌ_b
が０．１倍以上、更に好ましくは０．２倍以上であるこ
とが望ましい。この値が０．１倍未満では顕著な振動燃
焼が生じない場合がある。

【００２５】又以上の実施例では、仕切板２３はプラス
チックであったが、これに代えてゴム製、紙製であって
もよく、要するに可燃性及び／又は熱融解性のものであ
ればいかなる材質のものであってもよい。然しながらプ
ラスチック製のものは、熱的特性がよく、又、加工性が
よいので、これを使用することが望ましい。

【００２６】又、仕切板の形状としては上記実施例では
円形であったが、勿論、これに限ることなく他の形状、
例えば正方形であってもよく、要するにグレインの中心
軸に沿って形成した孔に開口する小孔を形成させ、第１
グレイン部と第２グレイン部の孔間を仕切っておればよ
い。又、この仕切板は実質的に均一厚の平板であること
が好ましく、その厚さは０．１乃至５．０ｍｍ、更に好
ましくは０．５乃至２．０ｍｍである。又、その厚さが
０．１ｍｍ未満ではほとんど同時に全体のグレインＧの
燃焼は開始しやすく、又この厚さが５．０ｍｍを越える
と第１グレイン部Ａに着火しない場合があり、何れの場
合も振動燃焼特性を計測できない場合がある。

【００２７】又、仕切板の小孔の直径は０．１乃至５．
０ｍｍで、更に好ましくは０．５乃至２．５ｍｍの円形
の孔、或いはこの面積に匹敵する多角形もしくは不定形
の孔であっても良い。この直径が０．１ｍｍ未満では第
１グレイン部Ａに着火しない場合があったり、第２グレ
イン部Ｂの着火時に第１グレイン部Ａの孔内に圧力が伝
わりにくいため、この仕切板が破壊する場合があり、又
この直径が５．０ｍｍを越えるとほとんど同時に全体の
燃焼が開始しやすく、何れの場合も振動燃焼特性を計測
できない場合がある。

【００２８】又、上記仕切板の小孔は通常はグレインＧ
の孔の中心に相当するその中央部に１個だけ設ければよ
いが複数個設けても差し支えない。ただし、何れにして
もその小孔は第１グレイン部Ａの表面からできるだけ離
して設ける必要がある。

【００２９】又、グレインの中心軸に沿って形成した孔
の数が複数本である場合には、それぞれの孔に対して仕
切板が有効に配設され、すなわち各孔に仕切板を設けて
もよく、或いはこれに共通して１枚の仕切板を設けるよ
うにしてもよい。いづれにしても、この仕切板の小孔が
孔に応じた数だけ存在することが必要である。

【００３０】又、以上の実施例では、固体推進薬の全体
のグレインは、金属製の円筒状のスリーブ２５に注型充
填されてなるが、このスリーブはプラスチックであって
もよい。又、以上の実施例では、このスリーブの全体を
図１の燃焼筒室１１の中に挿入するようにしたが、これ
に限ることなく、燃焼筒１１の内周壁に直接注型成型す
るようにしてもよい。

【００３１】又、以上の実施例では燃焼室の圧力を測定
するのに、蓋１３に形成した細溝状の孔１４内に配設し
た圧力センサにより測定するようにしたが、勿論、これ
に代えて筒１１の何れかの内に小孔を形成し、これに圧
力センサを配設してもよい。

【００３２】又、燃焼室Ｑの内径には特に制限はない
が、直径４０乃至１５０ｍｍ程度が適切である。この範
囲外でも使用できないことはないが、これより小さいと
圧力センサの取り付け等の機構が難しくなったり、測定
精度が悪くなったりする。又、大き過ぎると、燃焼筒の
肉厚を大きくしなければならないため、コスト高とな
る。

【００３３】又、燃焼室Ｑの長さにも特に制限はない
が、その推進薬が応用されるロケットモータが決定され
ている場合には、その燃焼室の長さに合わせることが望
ましい。こうすることによって本発明の振動燃焼特性測
定用バーナでデータを信頼性よく実際のロケットモータ
に適用することができる。

【００３４】又、第１グレイン部の長さＬ_a 及び第２グ
レイン部の長さＬ_b の和が燃焼室の長さＬよりも小さい
場合の第１グレイン部Ａの燃焼室内の位置については、
図９に示すように、第１グレイン部Ａをノズル１２とは
反対側の燃焼室閉塞側端部に隣設させて配置することが
特に望ましい。上記実施例ではこのような配設である
が、このようにしないと、振動燃焼が起きないか、起き
ても振動が弱くなる場合がある。第２グレイン部Ｂは通
常は第１グレイン部Ａに隣設して配置するが、必ずしも
その必要がなく、場合によっては第１グレイン部Ａから
ある距離をおいて配置するようにしてもよい。

【００３５】又、燃焼室Ｑの軸方向の長さＬに対し、第
２グレイン部の長さＬ_b は０．０５乃至０．４倍、更に
好ましくは０．１乃至０．３倍である。この値が上記範
囲外では顕著な振動燃焼特性が生じない場合があった
り、燃焼が中断したりする場合がある。

【００３６】又、現実のロケットモータとの対応のた
め、上記燃焼室内の軸方向の長さＬを比較的大きくしな
ければならず、そのために生じる振動燃焼の基本周波数
が３００Ｈｚ以下となる場合であって、上記Ｌ_a ＋Ｌ_b
を上記Ｌの０．１倍乃至０．３倍程度とする場合にはエ
ネルギー不足のため振動燃焼が生じにくくなるのに加え
て、基本周波数（最も低い周波数）の振動よりも高位の
周波数（基本周波数の２以上の整数倍の周波数）の振動
が強くなる場合があり、このような場合には第１グレイ
ン部Ａ及び第２グレイン部Ｂに加えて燃焼室内のノズル
側の端部に隣設して更に軸方向に貫く孔を有する固体推
進薬の第３のグレイン部Ｃを配設する（図１０で点線で
示す）と強い基本周波数の振動が起きやすくなる。この
第３のグレイン部を設ける場合には上記燃焼室内の軸方
向の長さＬに対し、この第３のグレイン部の軸方向の長
さＬ_c が０．０５乃至０．２５倍であることが望まし
い。又、この第３のグレイン部の平均薬厚は上記第１グ
レイン部Ａの平均薬厚以下で、かつ第２グレイン部Ｂの
平均薬厚以上であることが望ましい。

【００３７】又、第１の実施例及び第２〜第４実施例で
はグレイン全体対燃焼室の長さは１：１及び１：２更に
１：４であったが、勿論、これに限られることなく、図
１１で示すような比であってもよい。すなわち、図８に
おいては燃焼室の長さと全グレインＧとの長さが相等し
くこれが基本となる形態であるが、図９においては燃焼
室の長さはグレインＧの２倍、図１０においては４倍、
図１１においては６倍である。すなわち、図１１におい
ては第１グレイン部と第２グレイン部を相接した状態で
の全長が燃焼室の１／６である場合であるが、このよう
な場合にも本発明によれば、振動燃焼を発生させること
ができた。

【００３８】前述のとおり、前記燃焼室の長さは、実際
のロケットモータの燃焼室の長さＬｒに合わせるのが好
ましいのであるが、Ｌｒが比較的長く本発明の振動燃焼
特性測定用バーナをそれに合わせて作るのが困難あるい
は高価な場合は、本発明のバーナの燃焼室の長さＬの値
を、前記Ｌｒを２以上の整数で割った値、すなわちＬｒ
／２、Ｌｒ／３、Ｌｒ／４等とすることが好ましい。こ
れらの理由は振動燃焼の周波数ｆはｆ＝ｎ×（ＲＴの平
方根）／２Ｌ（ここで、ｎは自然数、Ｒはガス定数、Ｔ
は燃焼温度〔単位はＫ〕、Ｌは燃焼室内の軸方向の長
さ、である）で決まり、ｎ＝１、すなわち基本周波数の
振動の強さが燃焼安定性を評価するのに最も重要である
他に、推進薬によっては、高調波すなわち２以上のｎに
相当する周波数の振動の強さが比較的大きい場合がある
からである。

【００３９】図１２は推進薬Ｎｏ．Ｃの第３実施例にお
ける周波数スペクトラムを示すものであるが、図示する
ように、本例では６８５Ｈｚ（２次）と３４２．５Ｈｚ
（基本周波数）でピーク値を示しているが、２：１の周
波数であり、この場合は低周波側の３４２．５Ｈｚの方
が音圧が大きくなっている。

【００４０】以上の各実施例では、第１グレインＡ及び
第２グレインＢの材質は同一としたが、これらは異なっ
た材質であってもよい。これを意味するために、これら
の境界部に細線を施している。これらは、勿論、実施例
のように同一の材質であってもよい。

【００４１】上記実施例では、第１グレイン部及び第２
グレイン部を貫通する断面が円形の段付孔が形成されて
いたが、勿論、閉塞側は開口していなくともよい。図１
３はこのような例を示すものでグレインＧ₁ の燃焼室に
おける閉塞端側は孔は開口していない。なお、図におい
てＩ₁ はスリーブを示す。又、Ｔ₁ は仕切板である。

【００４２】図１４は更にグレインＧ₂ の形状の変形例
を示すものであるが、スリーブはＩ₂ で示し、この場合
は孔は円錐形状であり、閉塞端側は閉じている。又、こ
の場合も第１グレイン部Ｇ_2aと第２グレイン部Ｇ_2bは同
一の材質であってもよいが、仕切板Ｔ₂ はスリーブＩ₂
に当接した状態で配設されている。

【００４３】図１５は更にグレインの形状の変形例を示
すもので、スリーブＩ₃ 内に３段付の断面円柱形状の孔
を形成させており、仕切板Ｔ₃ は最大径の孔部と中径孔
部との間に配設されている。場合によっては、最小径孔
部と中径孔部との間に、更に第２の仕切板を設けてもよ
い。勿論、変形例の図１３、図１４及び図１５におい
て、右端側がノズル側に配設される。

【００４４】本発明の振動燃焼測定用バーナにおいて
は、上述のとおり先ず、第２グレイン部Ｂのみに点火
し、その後、第１グレイン部Ａに火が広がるようにして
いる。この際、燃焼室内の圧力（以下内圧とよぶ）を経
時的に計測しておくのが特に好ましい。振動燃焼の解析
は本発明の場合、従来技術で述べたようなＴバーナと同
様に強制加振をしていないので、比較的単純であってＴ
バーナでの解析と基本的に同一である。すなわち上記内
圧の時間的変化を解析すればよいのであるが、本発明の
場合は上述したように通常のロケットモータの燃焼で得
られる内圧の曲線に圧力振動が加わった曲線が得られる
ので、この曲線からデータアナライザーなどを用いて直
流成分を取り去れば振動燃焼による圧力振動曲線が得ら
れ、これから公知の所定の演算を行えば、振動燃焼測定
値、すなわち音響アドミッタンスの一次式であるＫ値が
得られる。圧力振動曲線からＫ値を求める具体的な方法
の例としては、例えば圧力振動曲線の振動の増巾期及び
減衰期の包絡線の傾きの変化から、圧力振動の増巾係数
及び減衰係数を求め、これらの値と振動周波数とから四
則演算を行なってＫ値を算出することができる。このＫ
値は固体推進薬の振動燃焼に対する安定性の指標になる
定数であって、推進薬の不安定燃焼特性値ともよばれ、
この値が小さい程、振動燃焼が起きにくいことを示す。
本発明によれば、従来、振動燃焼を起こしにくかった推
進薬に対しても確実に振動燃焼を起こし、このＫ値によ
り他の推進薬と不安定燃焼特性につき、信頼のできる比
較を行うことができる。

【００４５】なお、本願明細書において用いた「ロケッ
トモータ」、「グレイン」、「ノズル」及び「インシュ
レーション」又は「インシュレータ」は、「社団法人工
業火薬協会プロペラント専門部会」が発行する、「工業
火薬協会機関プロペラント専門部会」が刊行した書籍中
で、定義されているように、ロケットモータは「推進薬
を内蔵し、その燃焼生成物噴流の反動により推力を得る
推進装置」「グレイン」は「成型された単一の推進薬
（又は薬幹とよばれている）」又、「モータケース」は
「ロケットモータの使用構成品で圧力容器となる最外側
の部分」「ノズル」とは「プロペラントの燃焼によって
得られる熱エネルギーを温度エネルギーに変換する装置
で、先端部・スロート部及び膨張部とからなるラバール
管形式の部分」及び「インシュレーション」又は「イン
シュレータ」は「ロケットのモータのケース、あるいは
構成品を高温の燃焼圧から防護する作用又は材料」であ
る。なお、図２において、金属製筒２５の両側にゴム製
のインシュレータ２６、２７を貼着させており、これを
図３に示すように、燃焼筒１１内に挿通させ、これらイ
ンシュレータ２６、２７を蓋１３及びノズル１２の周縁
部に当接させているが、これにより、燃焼室Ｑ内で振動
燃焼が起こった場合に、燃焼筒１１と鉄製の筒２５との
隙間に燃焼ガスが侵入しないようにしている。これによ
り正確な計測値を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の固体推進薬
振動燃焼特性試験用バーナによれば、比較的に断面積及
び容積の異なる第１グレイン部と第２グレイン部を設
け、この間に小孔を形成した仕切板を配設するだけで、
点火手段を作動させると先ず第２グレイン部が燃焼し、
徐々にこの仕切板が燃焼、或いは融解し、その後、ノズ
ル側から前方に向かって急激に第１グレイン部の燃焼を
開始させることができ、これにより強い振動燃焼を非常
に高い確率で起こすことができてデータの確実な取得が
でき、固体推進薬振動燃焼特性を精度よく測定すること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による固体推進薬振動燃焼
特性試験装置における燃焼室の断面図である。

【図２】同実施例における推進薬グレインの断面図であ
る。

【図３】図２の推進薬グレインを図１の燃焼室に挿入し
た状況を示す断面図である。

【図４】第１実施例の燃焼特性を示すタイムチャートで
ある。

【図５】第２実施例の同特性を示すタイムチャートであ
る。

【図６】第３実施例の特性を示すタイムチャートであ
る。

【図７】第４実施例の特性を示すタイムチャートであ
る。

【図８】図３と同様の図であるが、以下の図とグレイン
部と燃焼室との関係を明確に示す本発明のバーナの断面
図である。

【図９】燃焼室の全長がグレインの全長の２倍である場
合の断面図である。

【図１０】燃焼室の全長がグレインの全長の４倍である
場合の断面図である。

【図１１】燃焼室の全長がグレインの全長の６倍である
場合の断面図である。

【図１２】推進薬Ｃを用いた第３実施例での振動燃焼の
スペクトラム。

【図１３】推進薬グレインの第１変形例を示す断面図で
ある。

【図１４】推進薬グレインの第２変形例を示す断面図で
ある。

【図１５】推進薬グレインの第３変形例を示す断面図で
ある。

【図１６】従来例の固体推進薬振動燃焼特性装置の第１
従来例を示す概略図である。

【図１７】同第２従来例を示す概略図である。

【図１８】同第３従来例を示す概略図である。

【図１９】同第４従来例を示す概略図である。

【符号の説明】

１１燃焼筒１２燃焼ノズル１３蓋１４内圧測定用の孔２１第１グレイン部２２第２グレイン部２３仕切板２４小孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室と燃焼ガスノズルと固体推進薬と
点火手段とから成る固体推進薬振動燃焼特性試験用バー
ナにおいて、前記燃焼室が筒体であり、該筒体の一端は
開口して前記燃焼ガスノズルに連通しており、他端は閉
塞しており、前記固体推進薬のグレインは前記燃焼ガス
ノズル側には開口し、軸方向に延在する孔を有し、前記
閉塞側に配設され、比較的に断面積の大で比較的に容積
が大なる第１グレイン部と前記燃焼ガスノズル側に配設
され、比較的に断面積の小で比較的に容積が小なる第２
グレイン部とから成り、前記第１グレイン部と第２グレ
イン部との境界部分に可燃性及び／又は熱融解性の仕切
板を配設し、該仕切板には前記孔に連通して少なくとも
１個の小孔が形成されていることを特徴とする固体推進
薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項２】前記第１グレイン部の平均薬厚が前記第
２グレイン部の平均薬厚の１〜１０倍であることを特徴
とする請求項１に記載の固体推進薬振動燃焼特性試験用
バーナ。
【請求項３】前記第１グレイン部の軸方向の長さＬａ
が前記第２グレイン部の軸方向の長さＬｂの１〜２０倍
であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項４】前記燃焼室の軸方向の長さＬに対し、前
記第１グレイン部と第２グレイン部との和、（Ｌａ＋Ｌ
ｂ）が０．１倍以上であり、前記第１グレイン部を前記
燃焼室の閉塞端に隣接させて配置したことを特徴とする
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の固体推進薬振動
燃焼特性試験用バーナ。
【請求項５】前記燃焼室の軸方向の長さＬに対して、
前記第２グレイン部の長さＬｂが０．０５〜０．４倍で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに
記載の固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項６】前記燃焼室の軸方向の長さＬに対して、
前記第１グレイン部と第２グレイン部との和、（Ｌａ＋
Ｌｂ）が０．１〜０．３倍であり、前記第１グレイン部
を前記燃焼室の閉塞端に隣接させて配置し、前記第２グ
レイン部を更に前記第１グレイン部に隣接させて配置
し、前記燃焼室内の前記燃焼ガスノズル側の端部に隣接
して更に軸方向に貫く孔を有する固体推進薬の第３グレ
イン部を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項
５に記載の固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項７】前記燃焼室の軸方向の長さＬに対して、
前記第３グレイン部の軸方向の長さＬ_c が０．０５〜
０．２５倍であり、前記第３グレイン部の平均薬厚が前
記第１グレイン部の平均薬厚以下、かつ前記第２グレイ
ン部の平均薬厚以上であることを特徴とする請求項６に
記載の固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項８】前記仕切板がプラスチック製のものであ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記
載の固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項９】前記仕切板が実質的に均一厚の平板であ
り、その厚さが０．１〜５．０ｍｍであることを特徴と
する請求項１乃至請求項８の何れかに記載の固体推進薬
振動燃焼特性試験用バーナ。
【請求項１０】前記仕切板の小孔が直径０．１〜５．
０ｍｍの円形の孔であることを特徴とする請求項１乃至
請求項９の何れかに記載の固体推進薬振動燃焼特性試験
用バーナ。
【請求項１１】前記燃焼室の圧力を測定するようにし
たことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに
記載の固体推進薬振動燃焼特性試験用バーナ。