JPH07310594A - ハイブリッドロケットモータの固体燃料グレイン - Google Patents
ハイブリッドロケットモータの固体燃料グレインInfo
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- JPH07310594A JPH07310594A JP10685794A JP10685794A JPH07310594A JP H07310594 A JPH07310594 A JP H07310594A JP 10685794 A JP10685794 A JP 10685794A JP 10685794 A JP10685794 A JP 10685794A JP H07310594 A JPH07310594 A JP H07310594A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハイブリッドロケットモータ（１６）用固体
燃料グレイン構成要素（２２）の提供。 【構成】 本発明の固体燃料グレイン構成要素（２２）
は、実質的に半径方向に延びる複数のスポーク（３８）
で相互連結された中空中央ハブ（３４）及び外リング
（３６）を有し、各スポーク（３８）は、内部強化ウェ
ブ（４４）及びこのウェブの半径方向内端に取り付けら
れた関連したフォームスリーバー（４６）を有し、ウェ
ブ（４４）はグレインの軸線方向長さの少なくとも一部
に沿って軸線方向に延びている。
燃料グレイン構成要素（２２）の提供。 【構成】 本発明の固体燃料グレイン構成要素（２２）
は、実質的に半径方向に延びる複数のスポーク（３８）
で相互連結された中空中央ハブ（３４）及び外リング
（３６）を有し、各スポーク（３８）は、内部強化ウェ
ブ（４４）及びこのウェブの半径方向内端に取り付けら
れた関連したフォームスリーバー（４６）を有し、ウェ
ブ（４４）はグレインの軸線方向長さの少なくとも一部
に沿って軸線方向に延びている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロケット推進システム
の技術に関し、更に詳細には、ハイブリッドロケットモ
ータの固体燃料グレイン構成要素の改善された形体に関
する。
の技術に関し、更に詳細には、ハイブリッドロケットモ
ータの固体燃料グレイン構成要素の改善された形体に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッドロケットエンジン即ちモー
タは、固体推進薬ロケットモータと液体推進薬ロケット
モータとの間に位置するモータである。ハイブリッドモ
ータは、その一般的な形体では、固体燃料要素を燃焼す
るのに液体酸化剤を使用する。ハイブリッドロケット推
進薬は、電気火花のような点火器によって又は液体酸化
剤と発熱反応を生じる点火流体を最初に噴射することに
よって点火されるのがよい。他方、「逆」ハイブリッド
モータは、可燃性液体燃料を固体酸化剤に加える。本願
は、固体燃料／流体酸化剤の形体のハイブリッドモータ
に関し、これは、一般に周知である。種々のハイブリッ
ドロケットの形体の多くの例が、例えば、特許文献に見
られる。こうした特許文献の例には以下の米国特許が挙
げられる。米国特許第４，４２４，６７９号、米国特許
第３，７８９，６１０号、米国特許第３，７８２，１１
２号、米国特許第３，３２３，３０８号、米国特許第
３，３０２，４０３号、米国特許第３，２７４，７７１
号、米国特許第３，２１４，９０６号、米国特許第３，
１６４，０９３号、米国特許第３，１７８，８８５号、
米国特許第３，１４４，７５１号、米国特許第３，１４
２，１５２号、米国特許第３，１３７，１２８号、米国
特許第３，１３２，４７５号、米国特許第３，１１６，
５９９号、米国特許第３，１１５，００７号、米国特許
第３，０８３，５２７号、米国特許第３，０６８，６４
１号、米国特許第２，９８４，９７３号、米国特許第
２，７９１，８８３号、及び米国特許第２，７５３，８
０１号。
タは、固体推進薬ロケットモータと液体推進薬ロケット
モータとの間に位置するモータである。ハイブリッドモ
ータは、その一般的な形体では、固体燃料要素を燃焼す
るのに液体酸化剤を使用する。ハイブリッドロケット推
進薬は、電気火花のような点火器によって又は液体酸化
剤と発熱反応を生じる点火流体を最初に噴射することに
よって点火されるのがよい。他方、「逆」ハイブリッド
モータは、可燃性液体燃料を固体酸化剤に加える。本願
は、固体燃料／流体酸化剤の形体のハイブリッドモータ
に関し、これは、一般に周知である。種々のハイブリッ
ドロケットの形体の多くの例が、例えば、特許文献に見
られる。こうした特許文献の例には以下の米国特許が挙
げられる。米国特許第４，４２４，６７９号、米国特許
第３，７８９，６１０号、米国特許第３，７８２，１１
２号、米国特許第３，３２３，３０８号、米国特許第
３，３０２，４０３号、米国特許第３，２７４，７７１
号、米国特許第３，２１４，９０６号、米国特許第３，
１６４，０９３号、米国特許第３，１７８，８８５号、
米国特許第３，１４４，７５１号、米国特許第３，１４
２，１５２号、米国特許第３，１３７，１２８号、米国
特許第３，１３２，４７５号、米国特許第３，１１６，
５９９号、米国特許第３，１１５，００７号、米国特許
第３，０８３，５２７号、米国特許第３，０６８，６４
１号、米国特許第２，９８４，９７３号、米国特許第
２，７９１，８８３号、及び米国特許第２，７５３，８
０１号。
【０００３】ハイブリッドロケットモータ最近の例は、
一般に譲渡された１９９２年６月９日付けの米国特許第
５，１１９，６２７号に開示されている。
一般に譲渡された１９９２年６月９日付けの米国特許第
５，１１９，６２７号に開示されている。
【０００４】ハイブリッドロケットモータの、純粋な固
体ロケットモータ又は液体ロケットモータよりも優れた
幾つかの周知の利点には、（１）燃料が主酸化剤から完
全に分離されており、かくして、制御不能の混合が起こ
る危険がなく、（２）推進薬成分が固体であるか液体で
あるかに関わらず推進薬成分の組み合わせを最適にで
き、（３）モータの停止及び再始動を容易に行うことが
できるという利点が挙げられる。エンジンは、その賦勢
性能及び消勢性能に加え、出力を容易に変化させること
ができる。これは、液体構成要素が一つだけであるため
である。更に、固体燃料構成要素は酸化剤を含む必要が
ないため、危険が少ない状態で比較的安価に容易に大量
生産できる。
体ロケットモータ又は液体ロケットモータよりも優れた
幾つかの周知の利点には、（１）燃料が主酸化剤から完
全に分離されており、かくして、制御不能の混合が起こ
る危険がなく、（２）推進薬成分が固体であるか液体で
あるかに関わらず推進薬成分の組み合わせを最適にで
き、（３）モータの停止及び再始動を容易に行うことが
できるという利点が挙げられる。エンジンは、その賦勢
性能及び消勢性能に加え、出力を容易に変化させること
ができる。これは、液体構成要素が一つだけであるため
である。更に、固体燃料構成要素は酸化剤を含む必要が
ないため、危険が少ない状態で比較的安価に容易に大量
生産できる。
【０００５】従来のハイブリッドロケットモータは、細
長い固体燃料構成要素、即ち「グレイン」が固定された
中空ハウジング即ち燃焼室を有する。固体燃料グレイン
は、上掲の米国特許第５，１１９，６２７号に開示され
ているように、中央中空ハブ、外リム、及びハブをリム
に連結する複数のスポークを備えた「馬車の車輪」のよ
うな横断面形状を持つのがよい。燃焼「ポート」として
知られたスポーク間の楔形状空間がグレインの軸線方向
長さに亘って延び、これによって燃焼ガスがグレインを
通って流れることができる。
長い固体燃料構成要素、即ち「グレイン」が固定された
中空ハウジング即ち燃焼室を有する。固体燃料グレイン
は、上掲の米国特許第５，１１９，６２７号に開示され
ているように、中央中空ハブ、外リム、及びハブをリム
に連結する複数のスポークを備えた「馬車の車輪」のよ
うな横断面形状を持つのがよい。燃焼「ポート」として
知られたスポーク間の楔形状空間がグレインの軸線方向
長さに亘って延び、これによって燃焼ガスがグレインを
通って流れることができる。
【０００６】液状又は気体状の酸化剤を、燃料グレイン
の前方に取り付けられたタンク即ち容器内に置き、これ
を燃料グレイン通路を通して流す。点火により燃料−酸
化剤混合物が燃料グレインの露呈面で燃焼し、その結
果、高圧燃焼生成物がロケットのノズルを通って排出さ
れるとき、推力が生じる。
の前方に取り付けられたタンク即ち容器内に置き、これ
を燃料グレイン通路を通して流す。点火により燃料−酸
化剤混合物が燃料グレインの露呈面で燃焼し、その結
果、高圧燃焼生成物がロケットのノズルを通って排出さ
れるとき、推力が生じる。
【０００７】従来のハイブリッドロケットモータ設計に
固有の大きな問題点は、全ての固体燃料グレインを制御
された方法で燃焼させるのが困難であるということであ
る。全燃料グレインを燃焼させようとする場合には、中
央未燃焼部分がグレインの主本体から分離する点に到
り、ノズル領域に流入する燃焼ガス流によって移動さ
れ、推力を大きく減じ、ノズル及び／又はロケットに潜
在的に大きな損傷を加える。これは、このような望まし
からぬ分離が起こらない点までしか燃料グレインを燃焼
させないことによって回避できる。しかしながら、これ
は、燃料グレインの残りの部分及びロケットモータの貴
重な空間及び重量が無駄になるため、満足のいく解決策
ではない。
固有の大きな問題点は、全ての固体燃料グレインを制御
された方法で燃焼させるのが困難であるということであ
る。全燃料グレインを燃焼させようとする場合には、中
央未燃焼部分がグレインの主本体から分離する点に到
り、ノズル領域に流入する燃焼ガス流によって移動さ
れ、推力を大きく減じ、ノズル及び／又はロケットに潜
在的に大きな損傷を加える。これは、このような望まし
からぬ分離が起こらない点までしか燃料グレインを燃焼
させないことによって回避できる。しかしながら、これ
は、燃料グレインの残りの部分及びロケットモータの貴
重な空間及び重量が無駄になるため、満足のいく解決策
ではない。
【０００８】馬車の車輪形状のグレイン形体は、横断面
積に対する露呈表面積の比を最適にできるけれども、馬
車の車輪形状の設計の欠点は、燃料の燃焼速度が緩慢で
あるため、燃焼の最後の部分中にウェブが非常に薄くな
り、分離してしまうということである。グレインのスポ
ーク部分又はウェブ部分に固体補剛シートを組み込むこ
とによって馬車の車輪形状の燃料グレインを強化するこ
とが試みられてきた。これは、燃料グレインが燃焼中に
固体シートから分離する傾向があるため、満足のいく解
決策とならなかった。
積に対する露呈表面積の比を最適にできるけれども、馬
車の車輪形状の設計の欠点は、燃料の燃焼速度が緩慢で
あるため、燃焼の最後の部分中にウェブが非常に薄くな
り、分離してしまうということである。グレインのスポ
ーク部分又はウェブ部分に固体補剛シートを組み込むこ
とによって馬車の車輪形状の燃料グレインを強化するこ
とが試みられてきた。これは、燃料グレインが燃焼中に
固体シートから分離する傾向があるため、満足のいく解
決策とならなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、馬車の車輪
形状の燃料グレイン設計の全ての利点を保持するが、こ
れと同時に、燃料強化剤及び／又は機械的保持装置を組
み込むことによって、特に燃焼の最後の部分中に燃料グ
レインの一体性を維持することによって上述の欠点を解
決する。
形状の燃料グレイン設計の全ての利点を保持するが、こ
れと同時に、燃料強化剤及び／又は機械的保持装置を組
み込むことによって、特に燃焼の最後の部分中に燃料グ
レインの一体性を維持することによって上述の欠点を解
決する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】一般的には、ハイブリッ
ド燃料配合物は、ヒドロキシル基で末端基とするブタジ
エンの液状ホモポリマーを基材としたエラストマー性の
改質ポリウレタン反応生成物である。他の添加剤（エキ
ステンダー及び燃焼強化剤のような）のうち、本発明
は、一つの例示の実施例では、ポリブタジエンエラスト
マー燃料グレインの物理的性質を改善する補強剤を添加
することに関する。例えば、ボラノール（Ｖｏｒａｎｏ
ｌ：ボラノールは登録商標）のような短鎖ジオールを添
加すると、グレインの引張強度及び引裂き強度が５０％
高くなる。グレインをこのように強化することによっ
て、燃焼の最終部分中のグレインの分離を最小にする。
ド燃料配合物は、ヒドロキシル基で末端基とするブタジ
エンの液状ホモポリマーを基材としたエラストマー性の
改質ポリウレタン反応生成物である。他の添加剤（エキ
ステンダー及び燃焼強化剤のような）のうち、本発明
は、一つの例示の実施例では、ポリブタジエンエラスト
マー燃料グレインの物理的性質を改善する補強剤を添加
することに関する。例えば、ボラノール（Ｖｏｒａｎｏ
ｌ：ボラノールは登録商標）のような短鎖ジオールを添
加すると、グレインの引張強度及び引裂き強度が５０％
高くなる。グレインをこのように強化することによっ
て、燃焼の最終部分中のグレインの分離を最小にする。
【００１１】第２の例示の実施例では、機械的ウェブ即
ちシート状補剛材が、周りに燃料グレインが流し込み成
形されるコアの形体で設けられている。例示の実施例で
は、補剛材は、シート形体の４−６角形（ｔｅｔｒａｈ
ｅｘａｇｏｎａｌ）又はハニカム状トラス構造の形体で
ある。当業者にはわかるように、燃料はモータケーシン
グ内に直接的に注型されるが、馬車の車輪の形状にする
ため、流し込み成形前に一連のポート金型及び関連した
中央金型をケーシングに挿入しなければならない。これ
と同時に、補剛材をポート金型間の燃料受入れキャビテ
ィ内の中心に置く。流し込み成形中、補剛材構造が燃料
を機械的に捕捉し、接着し、かくして燃料グレインの一
体の部分となる。流し込み成形の後、金型部品をモータ
ケーシングから取り外し、補強した馬車の車輪の形状の
燃料グレインをケーシング内の所定位置に残す。このよ
うな補剛材を燃料グレインに組み込むことによって燃料
グレインの一体性を燃焼全体に亘って維持する。燃焼
中、補剛材自体が部分的に消費される。
ちシート状補剛材が、周りに燃料グレインが流し込み成
形されるコアの形体で設けられている。例示の実施例で
は、補剛材は、シート形体の４−６角形（ｔｅｔｒａｈ
ｅｘａｇｏｎａｌ）又はハニカム状トラス構造の形体で
ある。当業者にはわかるように、燃料はモータケーシン
グ内に直接的に注型されるが、馬車の車輪の形状にする
ため、流し込み成形前に一連のポート金型及び関連した
中央金型をケーシングに挿入しなければならない。これ
と同時に、補剛材をポート金型間の燃料受入れキャビテ
ィ内の中心に置く。流し込み成形中、補剛材構造が燃料
を機械的に捕捉し、接着し、かくして燃料グレインの一
体の部分となる。流し込み成形の後、金型部品をモータ
ケーシングから取り外し、補強した馬車の車輪の形状の
燃料グレインをケーシング内の所定位置に残す。このよ
うな補剛材を燃料グレインに組み込むことによって燃料
グレインの一体性を燃焼全体に亘って維持する。燃焼
中、補剛材自体が部分的に消費される。
【００１２】本発明の別の特徴は、馬車の車輪状の中央
ハブに自己消費フォーム部品を、好ましくはグレインの
船尾端だけに設けるということである。これらのフォー
ム部品は、燃料をケーシング内に注型する前にウェブ補
剛材の半径方向内端に接着される。フォームは、燃料よ
りも早くなくなるため、従来はモータケーシングから放
出されたことが知られた燃料の区分に代わる。
ハブに自己消費フォーム部品を、好ましくはグレインの
船尾端だけに設けるということである。これらのフォー
ム部品は、燃料をケーシング内に注型する前にウェブ補
剛材の半径方向内端に接着される。フォームは、燃料よ
りも早くなくなるため、従来はモータケーシングから放
出されたことが知られた燃料の区分に代わる。
【００１３】従って、本発明の第１の特徴によれば、 ａ）実質的に半径方向に延びる複数のスポークで相互連
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、各スポーク
は、内部強化ウェブ及びこのウェブの１端に取り付けら
れた関連したフォーム要素を有し、ウェブは実質的にグ
レインの軸線方向全長に沿って軸線方向に延びている、
ハイブリッドロケットモータ用固体燃料グレイン構成要
素が提供される。
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、各スポーク
は、内部強化ウェブ及びこのウェブの１端に取り付けら
れた関連したフォーム要素を有し、ウェブは実質的にグ
レインの軸線方向全長に沿って軸線方向に延びている、
ハイブリッドロケットモータ用固体燃料グレイン構成要
素が提供される。
【００１４】別の特徴では、本発明は、 ａ）実質的に半径方向に延びる複数のスポークで相互連
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、各スポーク
は、複数の賦形開口部が形成されたシートからなる内部
強化ウェブを有する、ハイブリッドロケットモータ用固
体燃料グレイン構成要素に関する。
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、各スポーク
は、複数の賦形開口部が形成されたシートからなる内部
強化ウェブを有する、ハイブリッドロケットモータ用固
体燃料グレイン構成要素に関する。
【００１５】更に別の特徴では、本発明は、ケーシング
と、該ケーシング内に配置されたハイブリッド燃料ロケ
ットモータと、ケーシングの後端に装着されたノズルと
を有し、モータは、ハブ及び複数の半径方向スポーク区
分を含む実質的に馬車の車輪の形状の横断面形状を持つ
固体燃料グレイン構成要素を含み、燃料グレインは、 ａ）少なくとも半径方向スポーク区分に設けられた、グ
レインを強化するための第１手段と、 ｂ）ハブのところに配置された、グレインが壊れないよ
うにするための第２手段とを有する、 ハイブリッドロケットに関する。
と、該ケーシング内に配置されたハイブリッド燃料ロケ
ットモータと、ケーシングの後端に装着されたノズルと
を有し、モータは、ハブ及び複数の半径方向スポーク区
分を含む実質的に馬車の車輪の形状の横断面形状を持つ
固体燃料グレイン構成要素を含み、燃料グレインは、 ａ）少なくとも半径方向スポーク区分に設けられた、グ
レインを強化するための第１手段と、 ｂ）ハブのところに配置された、グレインが壊れないよ
うにするための第２手段とを有する、 ハイブリッドロケットに関する。
【００１６】本発明の別の目的及び利点は、以下の詳細
な説明から明らかになるであろう。
な説明から明らかになるであろう。
【００１７】
【実施例】図１を参照すると、ハイブリッド推進薬ロケ
ット１０は、ロケットの前ノーズ部分にペイロード１４
が取り付けられた外ケーシング即ちシェル１２を含む。
ロケット１０の推進力は、全体に参照番号１６を附した
ハイブリッドロケットモータが提供する。
ット１０は、ロケットの前ノーズ部分にペイロード１４
が取り付けられた外ケーシング即ちシェル１２を含む。
ロケット１０の推進力は、全体に参照番号１６を附した
ハイブリッドロケットモータが提供する。
【００１８】ロケットケーシング１２の船尾区分１８
は、ロケットの燃焼室を構成するモータケーシングを構
成する。モータケーシング１８は全体に円筒形形状であ
り、後端ベル１８ａ及び前端ベル１８ｂを有し、これら
のベルは、ケーシングの両端の内部にボルト止め、接
着、又は他の適当な方法で取り付けられている。両端ベ
ル１８ａ、１８ｂは、燃料でライニングされており、こ
れによってモータ１６の効率を高める。後端ベル１８ａ
は、未燃焼燃焼ガスを混合するための装置であり、前端
ベル１８ｂは酸化剤混合室である。燃焼ガスをケーシン
グ１８から後方に排出して推力を発生するため、ノズル
２０が後端ベル１８ａに装着されている。
は、ロケットの燃焼室を構成するモータケーシングを構
成する。モータケーシング１８は全体に円筒形形状であ
り、後端ベル１８ａ及び前端ベル１８ｂを有し、これら
のベルは、ケーシングの両端の内部にボルト止め、接
着、又は他の適当な方法で取り付けられている。両端ベ
ル１８ａ、１８ｂは、燃料でライニングされており、こ
れによってモータ１６の効率を高める。後端ベル１８ａ
は、未燃焼燃焼ガスを混合するための装置であり、前端
ベル１８ｂは酸化剤混合室である。燃焼ガスをケーシン
グ１８から後方に排出して推力を発生するため、ノズル
２０が後端ベル１８ａに装着されている。
【００１９】全体に円筒形の固体燃料グレイン構成要素
２２がケーシング１８内に支持されている。前端ベル１
８ｂ及び後端ベル１８ａが構成する前燃焼室２４及び後
燃焼室２６が、グレイン２２の前方及び後方に設けられ
ている。
２２がケーシング１８内に支持されている。前端ベル１
８ｂ及び後端ベル１８ａが構成する前燃焼室２４及び後
燃焼室２６が、グレイン２２の前方及び後方に設けられ
ている。
【００２０】ハイブリッドモータには、モータケーシン
グ１８の前側に配置されたタンク２８から液状又は気体
状の酸化剤が供給される。流体推進薬構成要素、例え
ば、液体酸素（ＬＯX ）を噴射装置３０でモータケーシ
ング即ちハウジング１８に噴射する。更に、ヘリウムの
ような不燃性の加圧ガスを使用してタンク２８内のＬＯ
X を加圧する。これは、液体推進薬タンク２８とペイロ
ード１４との間に配置された加圧システム３２で行われ
る。
グ１８の前側に配置されたタンク２８から液状又は気体
状の酸化剤が供給される。流体推進薬構成要素、例え
ば、液体酸素（ＬＯX ）を噴射装置３０でモータケーシ
ング即ちハウジング１８に噴射する。更に、ヘリウムの
ような不燃性の加圧ガスを使用してタンク２８内のＬＯ
X を加圧する。これは、液体推進薬タンク２８とペイロ
ード１４との間に配置された加圧システム３２で行われ
る。
【００２１】本発明の改良を更に明瞭に示すため、燃料
グレイン２２を断面で示す図２に戻る。燃料グレイン２
２は、馬車の車輪のような断面形状を有し、中央ハブ３
４、半径方向外リム３６、及びハブ３４をリム３６に連
結する半径方向に延びる複数のスポーク３８を含む。こ
の構成は、中空中央ポート４０及び複数の楔形状ポート
通路４２を形成する。
グレイン２２を断面で示す図２に戻る。燃料グレイン２
２は、馬車の車輪のような断面形状を有し、中央ハブ３
４、半径方向外リム３６、及びハブ３４をリム３６に連
結する半径方向に延びる複数のスポーク３８を含む。こ
の構成は、中空中央ポート４０及び複数の楔形状ポート
通路４２を形成する。
【００２２】ハイブリッド燃料グレイン２２は、本質的
には、ヒドロキシル基を末端基とするブタジエンの液状
ホモポリマーを基材としたエラストマー性の改質ポリウ
レタン反応生成物である。混合物に炭素粉を添加し、燃
焼中に赤外線が燃料を通らないようにする。この燃料に
ついての通常の配合は以下の通りである。
には、ヒドロキシル基を末端基とするブタジエンの液状
ホモポリマーを基材としたエラストマー性の改質ポリウ
レタン反応生成物である。混合物に炭素粉を添加し、燃
焼中に赤外線が燃料を通らないようにする。この燃料に
ついての通常の配合は以下の通りである。
【００２３】 Ｒ−４５ＨＴ （ポリウレタン樹脂） １００重量部 アトケム社 イソネート２１４３Ｌ （イソシアネート硬化剤） １２．５重量部 ダウケミカル社 ダルコＧＦＰ （炭素粉） ２．０重量部 アメリカンノーリット社 本発明の第１の例示の実施例では、ポリブタジエンエラ
ストマーの物理的性質を改善する補強剤を添加する。更
に特定的には、助剤であるポリオール、例えば、ボラノ
ールのような短鎖ジオールを燃料混合物に添加し、これ
によって燃料グレインの引張強度及び引裂き強度を５０
％改善する。ボラノールのような短鎖ジオールは、ポリ
ブタジエンを含むゴムコンパウンドの強度を向上させる
ことが知られているけれども、本出願人の知るところに
よれば、ハイブリッドロケットモータに関し、ポリブタ
ジエンの強度を高めるために使用されたことはこれまで
なかった。本願の好ましい実施例では、ボラノールのよ
うな短鎖ジオールを燃料グレインに燃料の総重量の約
３．０重量％を占めるように添加する。他の化学組成物
もまた補強剤として使用するのに適しているということ
は理解されよう。更に、例えばエキステンダーや燃焼強
化剤のような他の添加剤を燃料混合物に加えてもよい。
ストマーの物理的性質を改善する補強剤を添加する。更
に特定的には、助剤であるポリオール、例えば、ボラノ
ールのような短鎖ジオールを燃料混合物に添加し、これ
によって燃料グレインの引張強度及び引裂き強度を５０
％改善する。ボラノールのような短鎖ジオールは、ポリ
ブタジエンを含むゴムコンパウンドの強度を向上させる
ことが知られているけれども、本出願人の知るところに
よれば、ハイブリッドロケットモータに関し、ポリブタ
ジエンの強度を高めるために使用されたことはこれまで
なかった。本願の好ましい実施例では、ボラノールのよ
うな短鎖ジオールを燃料グレインに燃料の総重量の約
３．０重量％を占めるように添加する。他の化学組成物
もまた補強剤として使用するのに適しているということ
は理解されよう。更に、例えばエキステンダーや燃焼強
化剤のような他の添加剤を燃料混合物に加えてもよい。
【００２４】別の例示の実施例では、燃料グレイン２２
を一連の開放格子型補強材即ち補剛材４４で強化する。
このような補剛材は、馬車の車輪形状の燃料グレイン２
２の各半径方向スポーク３８の中央に一つづつ配置され
ている。各補剛材構造は、実質的にグレイン２２の軸線
方向全長に沿って延びており、グレインの中央ポート４
０又はハブ３４から半径方向外周即ちリム３６まで半径
方向に延びている。中央ポート４０に面する各補剛材４
４の半径方向最内部分には、以下に説明する目的のた
め、各補剛材の長さの一部に沿って軸線方向に延びる逆
Ｖ字形状の「スリーバー」４６が固定されている。図３
で最もよくわかるように、スリーバー４６は、燃料グレ
インの船尾区分だけに沿って延び、好ましくは、グレイ
ンの船尾１／３に沿って延びている。
を一連の開放格子型補強材即ち補剛材４４で強化する。
このような補剛材は、馬車の車輪形状の燃料グレイン２
２の各半径方向スポーク３８の中央に一つづつ配置され
ている。各補剛材構造は、実質的にグレイン２２の軸線
方向全長に沿って延びており、グレインの中央ポート４
０又はハブ３４から半径方向外周即ちリム３６まで半径
方向に延びている。中央ポート４０に面する各補剛材４
４の半径方向最内部分には、以下に説明する目的のた
め、各補剛材の長さの一部に沿って軸線方向に延びる逆
Ｖ字形状の「スリーバー」４６が固定されている。図３
で最もよくわかるように、スリーバー４６は、燃料グレ
インの船尾区分だけに沿って延び、好ましくは、グレイ
ンの船尾１／３に沿って延びている。
【００２５】好ましい実施例では、補剛材４４は、カリ
フォルニア州カマリロのテトラヘックス社から「テトラ
ウェブ」の名称で入手できる射出成形された４−６角形
トラス構造でつくられている。米国特許第４，９６７，
５３３号（同特許について触れたことにより、その特許
に開示されている内容は本明細書中に組み入れたものと
する）にも開示されているこの材料を図４に幾分詳細に
示す。この材料は、構造の個々の四面体４８の頂点を截
頭し、図に参照番号５０で示すように中空にしてある構
成を含む。この構造の特定の形体は、米国特許第４，９
６７，５３３号に更に詳細に説明してある。補剛材４４
の４−６角形構造は、図５及び図６で最もよくわかるよ
うに、燃料グレインの製造中、補剛材４４及びフォーム
スリーバー４６が、隣接したポート金型５２、５４間の
（スポーク３８を形成する流し込み成形プロセスで燃料
を受入れる）各キャビティ内の中央にあるという意味
で、燃料グレイン形状の一体の部分となる。十分なポー
ト金型をケーシング１８に挿入し、馬車の車輪の形状の
所望の設計をつくりだすように環状のアレイで配置する
ということは理解されよう。
フォルニア州カマリロのテトラヘックス社から「テトラ
ウェブ」の名称で入手できる射出成形された４−６角形
トラス構造でつくられている。米国特許第４，９６７，
５３３号（同特許について触れたことにより、その特許
に開示されている内容は本明細書中に組み入れたものと
する）にも開示されているこの材料を図４に幾分詳細に
示す。この材料は、構造の個々の四面体４８の頂点を截
頭し、図に参照番号５０で示すように中空にしてある構
成を含む。この構造の特定の形体は、米国特許第４，９
６７，５３３号に更に詳細に説明してある。補剛材４４
の４−６角形構造は、図５及び図６で最もよくわかるよ
うに、燃料グレインの製造中、補剛材４４及びフォーム
スリーバー４６が、隣接したポート金型５２、５４間の
（スポーク３８を形成する流し込み成形プロセスで燃料
を受入れる）各キャビティ内の中央にあるという意味
で、燃料グレイン形状の一体の部分となる。十分なポー
ト金型をケーシング１８に挿入し、馬車の車輪の形状の
所望の設計をつくりだすように環状のアレイで配置する
ということは理解されよう。
【００２６】図５及び図６を再び参照する。ポート金型
構成要素５２、５４及び中央金型即ちコア金型（図示せ
ず）を所定位置に置いた後、補剛材４４をキャビティに
挿入し、各補剛材を一対のピン５６、５８によって夫々
のキャビティ内の中心に置く。これらのピンは、ソケッ
ト６０、６２（補剛材４４に形成されている）に夫々受
入れられ、補剛材４４のいずれかの側から横方向に遠ざ
かるように延び、ポート金型５２、５４と係合する。流
し込み成形後、ポート金型要素及びコア金型を外し、馬
車の車輪の形状の燃料グレインを金型内の所定位置に残
す。燃料材料は、図５で最もよくわかるように、ウェブ
補剛材４４の４−６角形開口部内に相互係止する。更
に、燃料の流し込み成形中に補剛材構造が燃料を補剛材
と相互係止させる限り、他の補剛材構造を使用してもよ
いということは理解されよう。
構成要素５２、５４及び中央金型即ちコア金型（図示せ
ず）を所定位置に置いた後、補剛材４４をキャビティに
挿入し、各補剛材を一対のピン５６、５８によって夫々
のキャビティ内の中心に置く。これらのピンは、ソケッ
ト６０、６２（補剛材４４に形成されている）に夫々受
入れられ、補剛材４４のいずれかの側から横方向に遠ざ
かるように延び、ポート金型５２、５４と係合する。流
し込み成形後、ポート金型要素及びコア金型を外し、馬
車の車輪の形状の燃料グレインを金型内の所定位置に残
す。燃料材料は、図５で最もよくわかるように、ウェブ
補剛材４４の４−６角形開口部内に相互係止する。更
に、燃料の流し込み成形中に補剛材構造が燃料を補剛材
と相互係止させる限り、他の補剛材構造を使用してもよ
いということは理解されよう。
【００２７】金型要素の取り出しに続き、中央ポート４
０を（材料をポート内に注型することによって）塞ぎ、
場合によっては、全てのＬＯX がポート通路４２を通っ
て流れるようにする。他の用途では、中央ポート４０を
開放したままにするのがよい。
０を（材料をポート内に注型することによって）塞ぎ、
場合によっては、全てのＬＯX がポート通路４２を通っ
て流れるようにする。他の用途では、中央ポート４０を
開放したままにするのがよい。
【００２８】燃焼中、スポーク３８が薄くなっていくに
従って補剛材４４が部分的に消費されるが、燃焼の最終
部分に亘って燃料グレインの一体性を維持する。
従って補剛材４４が部分的に消費されるが、燃焼の最終
部分に亘って燃料グレインの一体性を維持する。
【００２９】中心決めピン５６、５８は、固体燃料グレ
イン２２と同じ燃焼速度の材料でつくられており、モー
タの作動中、燃料とともに消費されるということに着目
されたい。
イン２２と同じ燃焼速度の材料でつくられており、モー
タの作動中、燃料とともに消費されるということに着目
されたい。
【００３０】フォームスリーバー４６は、ウレタンフォ
ーム又は燃料特性に優れた任意のプラスチックフォーム
でできている。フォームの燃焼速度は、フォームの密度
を変化させることによって注文に応じて調節される。フ
ォームスリーバー４６は、以下に列挙した機能を含む幾
つかの機能を持っている。
ーム又は燃料特性に優れた任意のプラスチックフォーム
でできている。フォームの燃焼速度は、フォームの密度
を変化させることによって注文に応じて調節される。フ
ォームスリーバー４６は、以下に列挙した機能を含む幾
つかの機能を持っている。
【００３１】１．燃料が無くなるに従って燃料グレイン
スポークが薄くなるため、有利に配置したフォームスリ
ーバーは、歪みや引裂きが起こらないように部分的に強
化し即ち補剛してあるのがよい。
スポークが薄くなるため、有利に配置したフォームスリ
ーバーは、歪みや引裂きが起こらないように部分的に強
化し即ち補剛してあるのがよい。
【００３２】２．フォームスリーバー４６は、燃料全部
を使用するのが困難なモータの領域で燃料に代わる低密
度充填材を構成し、かくして燃え尽きたときのモータの
残留重量を小さくする。
を使用するのが困難なモータの領域で燃料に代わる低密
度充填材を構成し、かくして燃え尽きたときのモータの
残留重量を小さくする。
【００３３】３．フォームスリーバー補強材は、これを
取り囲む燃料よりも迅速に燃え尽きるため、選択された
領域で特異に速い燃焼速度を提供するように有利に配置
できる。これによって、燃料グレインの燃え尽き方を注
文に応じて調節する上での融通性を大きくできる。
取り囲む燃料よりも迅速に燃え尽きるため、選択された
領域で特異に速い燃焼速度を提供するように有利に配置
できる。これによって、燃料グレインの燃え尽き方を注
文に応じて調節する上での融通性を大きくできる。
【００３４】上述の実施例は、化学的又は機械的強化機
構を使用することを必要とするが、所望であれば、両方
を用いてもよいということは理解されよう。
構を使用することを必要とするが、所望であれば、両方
を用いてもよいということは理解されよう。
【００３５】本発明を現在最も実際的であり且つ好まし
いと考えられる実施例と関連して説明したが、本発明
は、開示の実施例に限定されるものではなく、それどこ
ろか、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる
種々の変形例の構成及び等価の構成を含む。
いと考えられる実施例と関連して説明したが、本発明
は、開示の実施例に限定されるものではなく、それどこ
ろか、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる
種々の変形例の構成及び等価の構成を含む。
【図１】内部構成要素を示すため一部を断面で示すハイ
ブリッドロケットの側面図である。
ブリッドロケットの側面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１及び図２に示す燃料グレインに組み込んだ
ウェブ補剛材の形状を大まかに示す、燃料グレインの一
部の、部分的に仮想線で示す斜視図である。
ウェブ補剛材の形状を大まかに示す、燃料グレインの一
部の、部分的に仮想線で示す斜視図である。
【図４】図３に大まかに示すウェブ補剛材の部分詳細図
である。
である。
【図５】流し込み成形用ポート金型を所定位置に置いた
状態での燃料グレインの部分断面図である。
状態での燃料グレインの部分断面図である。
【図６】図５の一部の拡大詳細図である。
１０ ハイブリッド推進薬ロケット １２ 外ケーシング １４ ペイロード １６ ハイブリッドロケットモータ １８ モータケーシング １８ａ 後端ベル １８ｂ 前端ベル ２０ ノズル ２２ 燃料グレイン ２４ 前燃焼室 ２６ 後燃焼室 ２８ 液体推進薬タンク ３０ 噴射装置 ３２ 加圧システム ３４ 中央ハブ ３６ リム ３８ スポーク ４０ 中央ポート ４２ 楔形状ポート通路 ４４ 補剛材 ４６ スリーバー ５２、５４ ポート金型 ５６、５８ 中心決めピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロイ・ジェイ・ナイフェン，ジュニアー アメリカ合衆国カリフォルニア州93001, ベンチュラ，シャロン・レイン 934，ア パートメント １
Claims (20)
- 【請求項１】 ハイブリッドロケットモータ用固体燃料
グレイン構成要素において、 ａ）実質的に半径方向に延びる複数のスポークで相互連
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、前記スポー
クの各々は、内部強化ウェブ及び該ウェブの半径方向内
端に取り付けられた関連したフォーム要素を有し、前記
ウェブは、前記グレインの軸線方向長さの少なくとも一
部に沿って軸線方向に延びている、固体燃料グレイン構
成要素。 - 【請求項２】 前記フォーム要素の各々は、前記強化ウ
ェブの船尾区分だけに沿って延びている、請求項１に記
載の固体燃料グレイン構成要素。 - 【請求項３】 前記燃料グレインは、実質的にポリブタ
ジエンでできている、請求項１に記載の固体燃料グレイ
ン構成要素。 - 【請求項４】 前記フォーム要素は、実質的に逆Ｖ字形
状をなしている、請求項２に記載の固体燃料グレイン構
成要素。 - 【請求項５】 前記中空中央ハブは、塞がっている、請
求項１に記載の固体燃料グレイン構成要素。 - 【請求項６】 前記強化ウェブの各々は、複数の４−６
角形形状の開口部が形成されたシートからなり、推進薬
グレイン構成要素が前記開口部と相互係止する、請求項
１に記載の固体燃料グレイン構成要素。 - 【請求項７】 ハイブリッドロケットモータ用固体燃料
グレイン構成要素において、 ａ）実質的に半径方向に延びる複数のスポークで相互連
結された中空中央ハブ及び外リングを有し、各スポーク
は、複数の賦形開口部が形成されたシートからなる内部
強化ウェブを有する、固体燃料グレイン構成要素。 - 【請求項８】 前記燃料グレインは、実質的にポリブタ
ジエンでできている、請求項７に記載の固体燃料グレイ
ン構成要素。 - 【請求項９】 前記中空中央ハブは、塞がっている、請
求項７に記載の固体燃料グレイン構成要素。 - 【請求項１０】 ケーシングと、該ケーシング内に配置
されたハイブリッド燃料ロケットモータと、前記ケーシ
ングの後端に装着されたノズルとを有し、前記モータ
は、ハブ及び複数の半径方向スポーク区分を含む実質的
に馬車の車輪の形状の横断面形状を持つ固体燃料グレイ
ン構成要素を含み、前記燃料グレインは、 ａ）少なくとも前記半径方向スポーク区分に設けられ
た、前記グレインを強化するための第１手段と、 ｂ）前記ハブのところに配置された、グレインが壊れな
いようにするための第２手段とを有する、ハイブリッド
ロケット。 - 【請求項１１】 前記第１手段は、化学添加剤からな
る、請求項１０に記載のロケット。 - 【請求項１２】 前記第１手段は、前記半径方向スポー
ク区分の各々の内部のシート材料からなる、請求項１０
に記載のロケット。 - 【請求項１３】 前記第１手段は、化学添加剤からな
る、請求項１２に記載のロケット。 - 【請求項１４】 前記シートの各々には、前記燃料グレ
インの材料を係止させることのできる複数の４−６角形
形状の開口部が形成されている、請求項１２に記載のロ
ケット。 - 【請求項１５】 前記第２手段は、前記シートの各々の
半径方向最内端に固定されたフォームスリーバー要素か
らなる、請求項１２に記載のロケット。 - 【請求項１６】 前記シートの各々には、一対の金型キ
ャビティ中心決めピンが設けられている、請求項１２に
記載のロケット。 - 【請求項１７】 前記化学添加剤は、助剤であるポリオ
ールからなる、請求項１１に記載のロケット。 - 【請求項１８】 前記燃料グレインの前後で前記ケーシ
ングに固定された前端ベル及び後端ベルを更に有し、こ
れによって前燃焼室及び後燃焼室を夫々構成する、請求
項１０に記載のロケット。 - 【請求項１９】 前記端ベルの各々は、その内面に燃料
材料が接着されている、請求項１８に記載のロケット。 - 【請求項２０】 前記燃料グレインはポリブタジエン及
び炭素粉からなり、前記第１手段は、前記燃料グレイン
の約３．０重量％を占める助剤であるポリオールからな
る、請求項１０に記載のロケット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10685794A JPH07310594A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ハイブリッドロケットモータの固体燃料グレイン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10685794A JPH07310594A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ハイブリッドロケットモータの固体燃料グレイン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07310594A true JPH07310594A (ja) | 1995-11-28 |
Family
ID=14444261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10685794A Pending JPH07310594A (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | ハイブリッドロケットモータの固体燃料グレイン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07310594A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011001904A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ハイブリッドロケットエンジン |
| EP3864278A4 (en) * | 2018-10-11 | 2022-07-06 | Sierra Space Corporation | HYBRID VORTEX ROCKET ENGINE |
| US11572851B2 (en) | 2019-06-21 | 2023-02-07 | Sierra Space Corporation | Reaction control vortex thruster system |
| US11879414B2 (en) | 2022-04-12 | 2024-01-23 | Sierra Space Corporation | Hybrid rocket oxidizer flow control system including regression rate sensors |
| US11952967B2 (en) | 2021-08-19 | 2024-04-09 | Sierra Space Corporation | Liquid propellant injector for vortex hybrid rocket motor |
-
1994
- 1994-05-20 JP JP10685794A patent/JPH07310594A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011001904A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ハイブリッドロケットエンジン |
| EP3864278A4 (en) * | 2018-10-11 | 2022-07-06 | Sierra Space Corporation | HYBRID VORTEX ROCKET ENGINE |
| US11661907B2 (en) | 2018-10-11 | 2023-05-30 | Sierra Space Corporation | Vortex hybrid rocket motor |
| US11572851B2 (en) | 2019-06-21 | 2023-02-07 | Sierra Space Corporation | Reaction control vortex thruster system |
| US11927152B2 (en) | 2019-06-21 | 2024-03-12 | Sierra Space Corporation | Reaction control vortex thruster system |
| US11952967B2 (en) | 2021-08-19 | 2024-04-09 | Sierra Space Corporation | Liquid propellant injector for vortex hybrid rocket motor |
| US11879414B2 (en) | 2022-04-12 | 2024-01-23 | Sierra Space Corporation | Hybrid rocket oxidizer flow control system including regression rate sensors |
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