JPH07508B2

JPH07508B2 - ダクテッドロケットエンジン用ガス発生剤

Info

Publication number: JPH07508B2
Application number: JP13456189A
Authority: JP
Inventors: 浪之介久保田; 直園部; 吾郎中下; 治昭清水
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長; 日本油脂株式会社
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH035389A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はダクテッドロケットエンジン用ガス発生剤、特
に固体ガス発生剤に関する。

〈従来の技術〉ダクテッドロケットエンジンは、通常一次燃焼室でガス
発生剤を燃焼させて高温の燃料に富んだガスを発生さ
せ、このガスを二次燃焼室へ導いて、二次燃焼室内に取
り入れた空気によって完全燃焼させるものであり、通常
のロケットに比較して高推力を得ることができる。

ダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤としては
コンポジット推進薬の成分が一部用いられており、燃料
兼粘結剤となるバインダー、金属燃料となる金属粉及び
酸化剤が主成分となっている。コンポジット推進薬に用
いられているバインダーとしては、ポリブタジエン、ポ
リウレタン等の他に、高エネルギーバインダーとしてア
ジドメチル基を保有したポリエーテル（特開昭62−2651
92号公報）等があり、金属粉としてはアルミニウム、ボ
ロン等が使用され、酸化剤としては過塩素酸アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム、ニトラミン等が用いられてい
る。

通常のコンポジット推進薬では、高温で多量のガスを発
生させるために、酸化剤を多量に含有することが必須と
なっている。従って、ダクテッドロケットエンジン用固
体ガス発生剤に通常のコンポジット推進薬を用いた場
合、発生したガスは一次燃焼室で殆どが燃焼するため、
二次燃焼室に導かれるガスには燃料成分が少なく、エン
ジンの性能を十分に発揮できない。

ダクテッドロケット用固体ガス発生剤としては、酸化剤
成分はガス発生剤の燃焼を阻害しない範囲の量で、且つ
燃料成分の多い組成にする必要がある。

そこで金属燃料としてアルミニウム、ボロン、アルミニ
ウムとマグネシウムの合金であるマグナリウム等の金属
粉を多く含有するダクテッドロケットエンジン用固体ガ
ス発生剤が提案されている。（特開昭59−92992号公
報、特開昭61−127692号公報）これらの公報に具体的に開示されているダクテッドロケ
ットエンジン用固体ガス発生剤は、金属燃料が40〜50重
量％、燃料兼粘結剤としては末端水酸基ポリブタジエン
（HTPB）が15〜20重量％、酸化剤として過塩素酸アンモ
ニウムが35〜40重量％からなるものである。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、前記のような従来のダクテッドロケットエンジ
ン用固体ガス発生剤では、酸化剤を35〜40重量％含有す
るため、一次燃焼室で金属燃料や燃料兼粘結剤であるバ
インダーが一部酸化され、十分に燃料成分に富んだガス
を発生しにくいという問題があった。又、燃焼速度も低
いためガス発生量が少なく、更に圧力指数も低いため、
一次燃焼室のノズルスロート面積を変化させて一次燃焼
室からのガス流量を制御することが困難であるという問
題もあった。

例えば、ノズルスロート面積を1/2に絞った場合、圧力
指数が0.4ならばノズルからのガス流量は約3.2倍にしか
増加しないが、圧力指数が0.7であればノズルからのガ
ス流量は約10.1倍に増加する。圧力指数ｎの変化に伴っ
て、ノズルスロート面積の変化率とノズルからのガス流
量との関係がどのように変化するかを図面に示す。実用
上圧力指数は0.5〜0.7程度が望ましい。

本発明者らは、従来のダクテッドロケットエンジン用固
体ガス発生剤の欠点を考慮して鋭意研究した結果、後述
する式で示される側鎖にアジドメチル基を有する特定の
末端水酸基脂肪族ポリエーテルは、酸化剤が含有されな
くても燃焼するので、該ポリエーテルと硬化用組成物を
実質的主成分として含有するガス発生剤は、安定に燃焼
し、且つ燃料成分に富んだガスを発生させ、更に高燃焼
速度、高圧力指数であるという特徴を有することを知見
し本発明を完成した。

〈課題を解決するための手段〉本発明は一般式（式中、k,l,m,nはそれぞれ１以上で、ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎ
は10〜50の範囲にある）で示される脂肪族ポリエーテル
と、硬化用組成物を実質的なガス発生用主成分として含
有し、該脂肪族ポリエーテルが、該ガス発生用主成分中
85〜95重量％であることを特徴とするダクテッドロケッ
トエンジン用固体ガス発生剤に関する。

本発明に用いられる前記一般式で示されるポリエーテル
において、ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎが50を越えるとポリエーテル
の粘度が高くなって製造性が悪くなり、又該ポリエーテ
ルを含む固体ガス発生剤の100％伸びの時の応力が低下
する。一方ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎが10未満では固体ガス発生剤
の物性が低下する。好ましくはｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎ＝20〜50
の範囲である。本発明においてガス発生用主成分中のポ
リエーテルの含有量は、85〜95重量％である。85重量％
未満では、燃焼速度が低下し、又95重量％を越えると固
体ガス発生剤の物性が低下する。

ガス発生用主成分中には硬化用組成物、即ち硬化剤、必
要により硬化触媒が含まれる。硬化剤は、例えばヘキサ
メチレンジイソシアネート（HDI）、イソフォロンジイ
ソシアネート（IPDI）、トリレンジイソシアネート（TD
I）等の多官能イソシアネート化合物である。好ましく
は、HDIである。

硬化触媒としては、例えばジブチルスズラウレート（DB
TDL）、ジブチルスズ（２−エチルヘキソエート）等の
有機スズ化合物やトリフェニルビスマス等の有機ビスマ
ス化合物及びトリエチレンジアミン等のアミン類であ
る。なかでも触媒効果の高い、DBTDL、又はポットライ
フが長く且つ硬化時間を短縮できるトリフェニルビスマ
スが好ましい。

これらの硬化用組成物のガス発生用主成分中の含有量は
一般に硬化剤が５〜15重量％、硬化触媒が０〜0.01重量
％である。

本発明の固体ガス発生剤は実質的主成分のみで充分目的
を果たしうるが実質的主成分の外に更に必要に応じて過
塩素酸アンモニウムAP）、トリアミノグアニジンナイト
レート（TAGN）、シクロテトラメチレンテトラニトラミ
ン（HMX）、シクロトリメチレントリニトラミン（RDX）
等の酸化剤や1,2,4−ブタントリオールトリナイトレー
ト（BTTN）、トリメチロールエタントリナイトレート
（TMETN）等のニトロ可塑剤やアルミニウム、マグネシ
ウム、これらの合金、ボロン等の助燃剤を含有させるこ
ともできる。

本発明の用いる前記一般式で示されるポリエーテルは、
例えば次の様にして製造される。

即ち、ジグリセリンに反応触媒を溶解し、その系中でエ
ピクロルヒドリンを付加反応させて側鎖にクロルメチル
基を持つ末端水酸基脂肪族ポリエーテルを製造し、次い
で前記ポリエーテルとアジ化ナトリウムとをジメチルホ
ルムアミド（DMF）中で反応させることにより製造され
る。得られたポリエーテルは、元素分析、赤外吸光分
析、分子量測定、水酸基価測定等により前記一般式で表
わされる構造を有することが確認される。

本発明のダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤
は、例えば次の様にして製造される。

即ち実質的主成分である前記一般式で示されるポリエー
テルと硬化用組成物である硬化剤、必要により硬化触媒
を加え、或は更に実質的主成分以外の酸化剤、可塑剤、
助燃剤等を加えて真空混和し、この混合物を成型容器に
注型し、所定時間加温して硬化させることにより得られ
る。

〈発明の効果〉本発明のダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤
は、前記式で示される特定のポリエーテルを含有するこ
とによって自立燃焼性を有し、且つ燃料成分の多いガス
を発生できる特徴を有する。更に高燃焼速度、高圧力指
数を有することにより、ガス発生率の制御が容易となり
ダクテッドロケットエンジンの推力制御を容易に可能な
らしめる特徴を有している。固体ガス発生剤の形状とし
ては、端面燃焼、内面燃焼、その多目的に応じてグレイ
ンの設計は可能である。

又、金属燃料等の助燃剤を含まない場合は、無煙性とい
う特徴も有している。

＜実施例＞以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。

実施例１第１表の実施例１に示される組成のダクテッドロケット
エンジン用固体ガス発生剤を次ぎのようにして製造し
た。

即ち、前記一般式で示される側鎖にメチルアジド基を有
する末端水酸基脂肪族ポリエーテル（但し、ｋ＋ｌ＋ｍ
＋ｎ＝30）91.71重量部に硬化触媒であるジブチルスズ
ラウレート（DBTDL）0.01重量部を加えて20℃にて10分
間真空混和を行なった。

次いで、この混合物に硬化剤であるヘキサメチレンジイ
ソシアネート（HDI）を8.28重量部加え、更に30分間真
空混和を行なって液状混和物を得た。次いでこの液状混
和物を所定の成型容器に真空下で注型し、脱泡後20℃で
７日間硬化して本発明の固体ガス発生剤を得た。

得られた該ガス発生剤を用いて以下に示す方法で燃焼試
験及び物性試験を行なった。

（燃焼試験）該ガス発生剤を7mm×7mm×130mmの棒状の試料に加工
し、その表面にメラミン樹脂を塗布してストランド片を
作成した。このストランド片についてクロフォード型ス
トランド試験装置を用いて窒素ガス圧力10〜60kgf/cm²
下で燃焼させ、燃焼速度を測定した。次いで圧力と燃焼
速度との関係から圧力指数を算出した。

（物性試験）該ガス発生剤からJIS K6301（加硫ゴム物理試験法）に
基づき試料を作成して以下に示す条件で引張特性を測定
した。

試験片:3号ダンベル引張速度:100mm/min 測定温度:20℃ 以上の試験で測定又は算出した燃焼速度、圧力指数、引
張強度及び伸びを第１表に示す。

実施例２〜６ポリエーテル、硬化剤、硬化触媒の組成を変化させて実
施例１と同様に粘結剤の固体ガス発生剤を製造し、それ
ぞれの発生剤について実施例１と同様に燃焼試験、及び
物性試験を行なった。固体ガス発生剤の組成及び試験結
果を第１表に示す。

実施例７〜10 ポリエーテル、硬化用組成物よりなる実質的主成分に更
に酸化剤、ニトロ可塑剤、助燃剤を加えた本発明の固体
ガス発生剤を製造し、実施例１と同様に燃焼試験及び物
性試験を行なった。固体ガス発生剤の組成及び試験結果
を第１表に示す。尚、実質的主成分以外の成分、即ち酸
化剤、ニトロ可塑剤、助燃剤の量は、実質的主成分を10
0とした場合の外割の重量％で示す。

比較例１実施例１で用いたポリエーテルの代わりに末端水酸基ポ
リブタジエン（HTPB）を用い、実施例１と同様な方法で
第２表に示される組成のガス発生剤を製造した。

このガス発生剤を用いて実施例１と同じ方法で燃焼試験
及び物性試験を行なった。

試験結果を第２表に示す。

比較例２〜６本発明の固体ガス発生剤に用いられたのと同様の構造を
有するポリエーテルであってｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎの合計が、
本発明外のもの、又はそのポリエーテル含有量が、本発
明外であるガス発生剤を実施例１と同様な方法で製造
し、その製造されたガス発生剤について実施例１と同様
に燃焼試験、物性試験を行なった。この比較例における
ガス発生剤組成及び試験結果を第２表に示す。

実施例に示される本発明の固体ガス発生剤はいずれも前
述せるポリエーテル及び硬化用組成物を実質的主成分と
するものであり、且つポリエーテルは前記主成分中85〜
95重量％含有されている。そして実施例１〜６は前記主
成分のみにより構成されているが、実施例７〜10は実施
例１の実質的主成分の外に若干の酸化剤、ニトロ可塑
剤、助燃剤が追加されている。

実施例は、本発明の固体ガス発生剤は燃焼速度が7.0mm/
s以上、圧力指数が0.50以上、σ₁₀₀が1.0以上、σ_ｂが
2.5以上、ε_ｂが200以上であることを示している。

これに対して従来用いられている燃料兼粘結剤である末
端水酸基ポリブタジエン（HTPB）の含有量が本発明の固
体ガス発生剤中のポリエーテルの様に約90％である比較
例１では燃焼しないことが示されている。

比較例２はコンポジット推進薬に用いられている組成、
更に比較例３は、ポリエーテルの含有量が85重量％に達
せず、比較例４はポリエーテルの含有量が95重量％をこ
えている。そして比較例5,6はそれぞれポリエーテルの
ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎの合計が10に達しない、及び50をこえて
いる。これらの各比較例における発生剤は次の様に実施
例に示す発生剤に比し、物性が低下している。

即ち、比較例２は圧力指数が低く、比較例4,6はσ₁₀₀と
σ_ｂが低く、更に実施例3,5はε_ｂが著しく低い。

又、実施例７〜10は酸化剤、ニトロ可塑剤、助燃剤等を
小量加えても実質的主成分のポリエーテルが、本発明の
特許請求の範囲の条件を満足すれば、そのガス発生剤の
性能は適正に維持されることが示されている。

【図面の簡単な説明】

図面は各圧力指数におけるノズルスロート面積の変化率
とノズルからのガス流量増加率との関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（式中、k,l,m,nはそれぞれ１以上で、ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎ
は10〜50の範囲にある）で示される脂肪族ポリエーテル
と、硬化用組成物を実質的なガス発生用主成分として含
有し、該脂肪族ポリエーテルが、該ガス発生用主成分中
85〜95重量％であることを特徴とするダクテッドロケッ
トエンジン用ガス発生剤。