JPH11132108A - 燃焼室と噴射装置間に転移部構造を有するロケットエンジンの製造方法 - Google Patents
燃焼室と噴射装置間に転移部構造を有するロケットエンジンの製造方法Info
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- JPH11132108A JPH11132108A JP10244654A JP24465498A JPH11132108A JP H11132108 A JPH11132108 A JP H11132108A JP 10244654 A JP10244654 A JP 10244654A JP 24465498 A JP24465498 A JP 24465498A JP H11132108 A JPH11132108 A JP H11132108A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、燃焼室の壁の破損を防止する内部
ステップ構造を有し、製造が容易で高温ガスの漏洩を阻
止し十分な構造上の強度のロケットエンジンの製造方法
を得ることを目的とする。 【解決手段】 平行な第１、第２の脚部60, 62とそれら
を連結するウェブを有するＣ型の環状クリップ58を具備
した環状のクリップ構造56の第２の脚部62に環状のステ
ップカラー46を第１のろう付により取付けて第１のサブ
アセンブリを形成し、第１のサブアセンブリのクリップ
58の第１の脚部60と円筒状の燃焼室24の端部外側表面と
を第２のろう付けで結合して第２のサブアセンブリを形
成し、第２のサブアセンブリのステップカラー46と環状
アダプタ52とを第３のろう付けで結合して第３のサブア
センブリを形成し、第３のサブアセンブリのアダプタ52
を噴射装置38へ溶接することを特徴とする。
ステップ構造を有し、製造が容易で高温ガスの漏洩を阻
止し十分な構造上の強度のロケットエンジンの製造方法
を得ることを目的とする。 【解決手段】 平行な第１、第２の脚部60, 62とそれら
を連結するウェブを有するＣ型の環状クリップ58を具備
した環状のクリップ構造56の第２の脚部62に環状のステ
ップカラー46を第１のろう付により取付けて第１のサブ
アセンブリを形成し、第１のサブアセンブリのクリップ
58の第１の脚部60と円筒状の燃焼室24の端部外側表面と
を第２のろう付けで結合して第２のサブアセンブリを形
成し、第２のサブアセンブリのステップカラー46と環状
アダプタ52とを第３のろう付けで結合して第３のサブア
センブリを形成し、第３のサブアセンブリのアダプタ52
を噴射装置38へ溶接することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体燃料のロケットエ
ンジンの製造方法、特に噴射装置を燃焼室に取付ける方
法に関する。
ンジンの製造方法、特に噴射装置を燃焼室に取付ける方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な液体燃料ロケットエンジンは通
常円筒形の燃焼室を含んでおり、噴射装置端に取り付け
られた噴射装置と、ノズル端に取り付けられたフレアノ
ズルとを有する。燃料と酸化剤を含む液体推進燃料は噴
射装置の噴射ポートを通って燃焼室に流入する。推進燃
料は燃焼室で混合され点火される。燃焼から生じる高温
ガスがノズルを通って膨張し、ロケットエンジンと、取
り付けられたロケット構造とをノズルが指向する方向と
反対方向に駆動する。
常円筒形の燃焼室を含んでおり、噴射装置端に取り付け
られた噴射装置と、ノズル端に取り付けられたフレアノ
ズルとを有する。燃料と酸化剤を含む液体推進燃料は噴
射装置の噴射ポートを通って燃焼室に流入する。推進燃
料は燃焼室で混合され点火される。燃焼から生じる高温
ガスがノズルを通って膨張し、ロケットエンジンと、取
り付けられたロケット構造とをノズルが指向する方向と
反対方向に駆動する。
【０００３】ロケットエンジンの推進燃料の単位重量当
たりの推力（thrust）に関するロケットエンジンの最大
効率と最大の比インパルスを実現するため、（幾らか
の）推進燃料成分の混合を完全にして完全な燃焼を行わ
なければならない。燃焼室の噴射装置端の内部ステップ
構造は完全な混合および燃焼を行うように開発されてい
る。ステップ構造はまた燃焼室内で上昇する温度の最高
点から燃焼室壁の噴射装置端を保護する。
たりの推力（thrust）に関するロケットエンジンの最大
効率と最大の比インパルスを実現するため、（幾らか
の）推進燃料成分の混合を完全にして完全な燃焼を行わ
なければならない。燃焼室の噴射装置端の内部ステップ
構造は完全な混合および燃焼を行うように開発されてい
る。ステップ構造はまた燃焼室内で上昇する温度の最高
点から燃焼室壁の噴射装置端を保護する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】噴射装置は通常燃焼室
の噴射装置端に溶接またはボルト止めされ、２つの主要
な目的、即ち構造上の取付けと、エンジン点火中の高温
ガスの漏洩に対する密封とを実現する。しかしながら、
ステップ構造を有するロケットエンジンに関して高い加
熱速度と熱膨張の不一致のため、溶接およびボルト止め
はこの異なった材料の組合わせでは実行可能ではないこ
とが証明されている。幾つかの異なった材料を含むより
複雑な取付け構造が噴射装置端で必要とされる。
の噴射装置端に溶接またはボルト止めされ、２つの主要
な目的、即ち構造上の取付けと、エンジン点火中の高温
ガスの漏洩に対する密封とを実現する。しかしながら、
ステップ構造を有するロケットエンジンに関して高い加
熱速度と熱膨張の不一致のため、溶接およびボルト止め
はこの異なった材料の組合わせでは実行可能ではないこ
とが証明されている。幾つかの異なった材料を含むより
複雑な取付け構造が噴射装置端で必要とされる。
【０００５】したがって、燃焼室中に内部ステップ構造
を有するロケットエンジンは改良された効率と比インパ
ルスに関して重要な潜在的な利点を与えるが、これらの
利点は製造が難しいために初期形態のロケットエンジン
では十分に達成していない。高温ガスの漏洩に対して必
要な強度と密封を行い、また燃焼室を損傷せずにステッ
プ設計が機能することを可能にする製造方法が必要とさ
れている。本発明はこの必要性を実現し、さらに関連す
る利点を与える。
を有するロケットエンジンは改良された効率と比インパ
ルスに関して重要な潜在的な利点を与えるが、これらの
利点は製造が難しいために初期形態のロケットエンジン
では十分に達成していない。高温ガスの漏洩に対して必
要な強度と密封を行い、また燃焼室を損傷せずにステッ
プ設計が機能することを可能にする製造方法が必要とさ
れている。本発明はこの必要性を実現し、さらに関連す
る利点を与える。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は噴射装置端に内
部ステップ構造を有するロケットエンジンの製造方法を
提供する。この製造方法は、ステップ構造によって性能
を改良することを可能にするが、必要な間接的取付けを
行い、それによってステップ構造は発火中の膨張により
燃焼室の壁を破損しない。ステップ構造を噴射装置と、
燃焼室の壁に取付ける構造が選択されて、十分な構造上
の強度と高温ガスの漏洩に対する密封が実現され、また
燃焼室の壁に対する破損が防止される。結果的なロケッ
トエンジンは高い実効性と良好な信頼性を有する。
部ステップ構造を有するロケットエンジンの製造方法を
提供する。この製造方法は、ステップ構造によって性能
を改良することを可能にするが、必要な間接的取付けを
行い、それによってステップ構造は発火中の膨張により
燃焼室の壁を破損しない。ステップ構造を噴射装置と、
燃焼室の壁に取付ける構造が選択されて、十分な構造上
の強度と高温ガスの漏洩に対する密封が実現され、また
燃焼室の壁に対する破損が防止される。結果的なロケッ
トエンジンは高い実効性と良好な信頼性を有する。
【０００７】本発明によるロケットエンジンの製造方法
は、外径を有する環状のステップカラーを設け、環状の
転移部ジョイントを設け、第１のろう付け温度でステッ
プカラーと転移部ジョイントとの第１のろう付けを行っ
て、第１のサブアセンブリを形成するステップを有す
る。本発明の方法はさらに燃焼室を設け、第２のろう付
け温度で第１のサブアセンブリの転移部ジョイントと燃
焼室との第２のろう付けを行って、第２のサブアセンブ
リを形成するステップを有する。環状のアダプタが設け
られ、第３のろう付け温度で第２のサブアセンブリのス
テップカラーに対して第３のろう付けを行って、第３の
サブアセンブリを形成する。噴射装置が設けられ、第３
のサブアセンブリの環状アダプタに溶接される。
は、外径を有する環状のステップカラーを設け、環状の
転移部ジョイントを設け、第１のろう付け温度でステッ
プカラーと転移部ジョイントとの第１のろう付けを行っ
て、第１のサブアセンブリを形成するステップを有す
る。本発明の方法はさらに燃焼室を設け、第２のろう付
け温度で第１のサブアセンブリの転移部ジョイントと燃
焼室との第２のろう付けを行って、第２のサブアセンブ
リを形成するステップを有する。環状のアダプタが設け
られ、第３のろう付け温度で第２のサブアセンブリのス
テップカラーに対して第３のろう付けを行って、第３の
サブアセンブリを形成する。噴射装置が設けられ、第３
のサブアセンブリの環状アダプタに溶接される。
【０００８】噴射装置、ステップカラー、燃焼室は、取
付けによって燃焼室の噴射装置端で共に接合されなけれ
ばならず、この取付けは十分な強度と燃焼室内部の高温
燃焼ガスの漏洩に対する密封を行い、ロケットエンジン
の点火中に受ける大きな寸法の変化による損傷を防止す
る。ここで説明する本発明の好ましい方法では、取付け
はステップカラーと噴射装置を接合するステップカラー
／噴射装置接合構造と、燃焼室とステップカラーを接合
するクリップ構造を含んでいる。クリップ構造は、室に
平行でありほぼ燃焼室の外径と同じ大きさの内径を有し
燃焼室に固定されている第１の脚部と、室に平行であり
ステップカラーの外径よりも小さい外径を有しステップ
カラーに固定されている第２の脚部と、第１の脚部と第
２の脚部の間のウェブとを有するＣ型の環状クリップを
具備している。このＣ型クリップはロケットエンジンの
製造および点火中に生じるフープ（hoop）周応力と熱膨
張応力に耐えるため周囲リブの形で作用することにより
必要な強度を与える。これは噴射装置端を密封し、また
過剰に付加的な応力が燃焼室の壁に加わらずにステップ
カラーが異なった膨張をすることを可能にする。クリッ
プは好ましくは金メッキされたモリブデン合金、最も好
ましくは５０重量パーセントのモリブデンと５０重量パ
ーセントのレニウムの合金から作られる。
付けによって燃焼室の噴射装置端で共に接合されなけれ
ばならず、この取付けは十分な強度と燃焼室内部の高温
燃焼ガスの漏洩に対する密封を行い、ロケットエンジン
の点火中に受ける大きな寸法の変化による損傷を防止す
る。ここで説明する本発明の好ましい方法では、取付け
はステップカラーと噴射装置を接合するステップカラー
／噴射装置接合構造と、燃焼室とステップカラーを接合
するクリップ構造を含んでいる。クリップ構造は、室に
平行でありほぼ燃焼室の外径と同じ大きさの内径を有し
燃焼室に固定されている第１の脚部と、室に平行であり
ステップカラーの外径よりも小さい外径を有しステップ
カラーに固定されている第２の脚部と、第１の脚部と第
２の脚部の間のウェブとを有するＣ型の環状クリップを
具備している。このＣ型クリップはロケットエンジンの
製造および点火中に生じるフープ（hoop）周応力と熱膨
張応力に耐えるため周囲リブの形で作用することにより
必要な強度を与える。これは噴射装置端を密封し、また
過剰に付加的な応力が燃焼室の壁に加わらずにステップ
カラーが異なった膨張をすることを可能にする。クリッ
プは好ましくは金メッキされたモリブデン合金、最も好
ましくは５０重量パーセントのモリブデンと５０重量パ
ーセントのレニウムの合金から作られる。
【０００９】したがって本発明は、燃焼室内に内部ステ
ップが存在することによって改良された動作効率と改良
された比インパルスを有するロケットエンジンを提供す
る。その構造が燃焼温度に耐えステップカラーの存在に
より生じる付加的な応力に耐えられるので、良好な信頼
性を有する。本発明のその他の特徴および利点は本発明
の原理を例示として示した添付図面を伴って以下の好ま
しい実施形態の詳細な説明から明白になるであろう。し
かしながら、本発明の技術的範囲は好ましい実施形態に
限定されるものではない。
ップが存在することによって改良された動作効率と改良
された比インパルスを有するロケットエンジンを提供す
る。その構造が燃焼温度に耐えステップカラーの存在に
より生じる付加的な応力に耐えられるので、良好な信頼
性を有する。本発明のその他の特徴および利点は本発明
の原理を例示として示した添付図面を伴って以下の好ま
しい実施形態の詳細な説明から明白になるであろう。し
かしながら、本発明の技術的範囲は好ましい実施形態に
限定されるものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はロケットエンジン20を示
し、図２はロケットエンジンの詳細を示している。ロケ
ットエンジン20は燃焼室22を含んでおり、この燃焼室22
は２つの主要部、即ち円筒軸26を有するほぼ円筒形の環
状壁24と、膨張ノズル28とを含んでいる。狭められたス
ロート29は円筒形壁部24を膨張ノズル28から分離してい
る。図示のロケットエンジン20では、壁24、スロート2
9、ノズル28は別々に製造され、一体に接合されている
が、これらは代わりに１つのユニットとして一体化され
て製造されてもよい。円筒形壁24は外部円筒表面30と内
部円筒表面32とを有する。燃焼室22は噴射装置端34とノ
ズル端36とを有する。
し、図２はロケットエンジンの詳細を示している。ロケ
ットエンジン20は燃焼室22を含んでおり、この燃焼室22
は２つの主要部、即ち円筒軸26を有するほぼ円筒形の環
状壁24と、膨張ノズル28とを含んでいる。狭められたス
ロート29は円筒形壁部24を膨張ノズル28から分離してい
る。図示のロケットエンジン20では、壁24、スロート2
9、ノズル28は別々に製造され、一体に接合されている
が、これらは代わりに１つのユニットとして一体化され
て製造されてもよい。円筒形壁24は外部円筒表面30と内
部円筒表面32とを有する。燃焼室22は噴射装置端34とノ
ズル端36とを有する。
【００１１】噴射装置38は燃焼室22の噴射装置端34に取
り付けられている。噴射装置38は任意の動作可能な設計
でよいが、典型的に複数の噴射ポート40を有するプレー
トであり、図１では２つの噴射ポートのみが示されてい
る。推進燃料が噴射ポート40を経て燃焼室22に与えられ
る。いくつかの噴射ポート40ａには燃料バルブ42を経て
燃料が与えられ、他の噴射ポート40ｂには酸化剤バルブ
44を経て酸化剤が与えられる。燃料および酸化剤はそれ
ぞれの噴射ポート40を経て燃焼室22の内部に流入し、共
に混合される。好ましいモノメチルヒドラジン（燃料）
と四酸化窒素／３％の窒素酸化物（酸化剤）の場合のよ
うに混合物が自然発火性であるならば、混合物は自然に
発火する。混合物が自然に発火しない推進燃料を含むそ
の他のケースでは、点火器（図示せず）が設けられる。
燃焼によるガス燃焼生成物はノズル28を通じて後方に外
方向に膨張し、ロケットエンジンと、それが取り付けら
れている宇宙船を反対方向に駆動する。
り付けられている。噴射装置38は任意の動作可能な設計
でよいが、典型的に複数の噴射ポート40を有するプレー
トであり、図１では２つの噴射ポートのみが示されてい
る。推進燃料が噴射ポート40を経て燃焼室22に与えられ
る。いくつかの噴射ポート40ａには燃料バルブ42を経て
燃料が与えられ、他の噴射ポート40ｂには酸化剤バルブ
44を経て酸化剤が与えられる。燃料および酸化剤はそれ
ぞれの噴射ポート40を経て燃焼室22の内部に流入し、共
に混合される。好ましいモノメチルヒドラジン（燃料）
と四酸化窒素／３％の窒素酸化物（酸化剤）の場合のよ
うに混合物が自然発火性であるならば、混合物は自然に
発火する。混合物が自然に発火しない推進燃料を含むそ
の他のケースでは、点火器（図示せず）が設けられる。
燃焼によるガス燃焼生成物はノズル28を通じて後方に外
方向に膨張し、ロケットエンジンと、それが取り付けら
れている宇宙船を反対方向に駆動する。
【００１２】推進燃料と酸化剤を完全に混合し燃焼させ
るため、噴射装置端34、およびそれに隣接して燃焼室22
内にほぼ円筒形で環状のステップカラー46が固定されて
いる。図２のように周囲断面で観察したとき、ステップ
カラー46はほぼ“Ｌ”型であり、円筒軸26に平行に位置
する“Ｌ”の長い脚部47と、円筒軸26に垂直に位置する
“Ｌ”の短い脚部49とを有する。
るため、噴射装置端34、およびそれに隣接して燃焼室22
内にほぼ円筒形で環状のステップカラー46が固定されて
いる。図２のように周囲断面で観察したとき、ステップ
カラー46はほぼ“Ｌ”型であり、円筒軸26に平行に位置
する“Ｌ”の長い脚部47と、円筒軸26に垂直に位置する
“Ｌ”の短い脚部49とを有する。
【００１３】取付け部48は燃焼室22と、ステップカラー
46と、噴射装置38とを接合する。取付け部は幾つかの要
素と幾つかの接合部を含んでいる。取付け部は燃焼室22
と、ステップカラー46と、噴射装置38とを機械的に接合
しなければならず、それによってサービス期間に受ける
大きな温度変化および勾配にもかかわらず、管理および
サービス期間中の負荷に耐え、さらに燃焼室22の噴射装
置端34で高熱ガスの漏洩に対する密封を行わなければな
らない。ステップカラー／噴射装置接合構造50は噴射装
置38をステップカラー46へ接合する。この好ましい形態
では、ステップカラー／噴射装置接合構造は、燃焼室22
から離れたステップカラー46の端部54に接合する円筒形
の環状アダプタ52を含んでいる。アダプタ52はまた噴射
装置38の外周に接合し、それによって噴射ポート40上に
位置しない。
46と、噴射装置38とを接合する。取付け部は幾つかの要
素と幾つかの接合部を含んでいる。取付け部は燃焼室22
と、ステップカラー46と、噴射装置38とを機械的に接合
しなければならず、それによってサービス期間に受ける
大きな温度変化および勾配にもかかわらず、管理および
サービス期間中の負荷に耐え、さらに燃焼室22の噴射装
置端34で高熱ガスの漏洩に対する密封を行わなければな
らない。ステップカラー／噴射装置接合構造50は噴射装
置38をステップカラー46へ接合する。この好ましい形態
では、ステップカラー／噴射装置接合構造は、燃焼室22
から離れたステップカラー46の端部54に接合する円筒形
の環状アダプタ52を含んでいる。アダプタ52はまた噴射
装置38の外周に接合し、それによって噴射ポート40上に
位置しない。
【００１４】円筒形の環状クリップ58を含んだ転移部ジ
ョイントクリップ構造56は燃焼室22の壁24をステップカ
ラー46に接合する。クリップ58は壁24から半径方向に外
方向に位置して軸26と平行の第１の脚部60を含んでい
る。第１の脚部60は壁24の外径よりも典型的には約０．
００５〜０．００６インチ程度の非常に僅かに大きい円
筒の内径を有し、それによって第１の脚部60は円筒表面
の外径30に面して滑動し、またはそこに取付けられる。
クリップ58は壁24から半径方向に内方向に位置して軸26
と平行の第２の脚部62を含んでいる。第２の脚部62は壁
24の内径よりも典型的には約０．０２０〜０．０２４イ
ンチ小さい円筒外径を有する。ウェブ63は第１の脚部60
を第２の脚部62に接合する。
ョイントクリップ構造56は燃焼室22の壁24をステップカ
ラー46に接合する。クリップ58は壁24から半径方向に外
方向に位置して軸26と平行の第１の脚部60を含んでい
る。第１の脚部60は壁24の外径よりも典型的には約０．
００５〜０．００６インチ程度の非常に僅かに大きい円
筒の内径を有し、それによって第１の脚部60は円筒表面
の外径30に面して滑動し、またはそこに取付けられる。
クリップ58は壁24から半径方向に内方向に位置して軸26
と平行の第２の脚部62を含んでいる。第２の脚部62は壁
24の内径よりも典型的には約０．０２０〜０．０２４イ
ンチ小さい円筒外径を有する。ウェブ63は第１の脚部60
を第２の脚部62に接合する。
【００１５】このような構造では、サービス中のステッ
プカラー46の外方向に向う熱膨張が壁24を変形し、故障
の原因になるので、ステップカラー46は壁24に直接接合
しないことが好ましい。その代わりに、クリップ58は脚
部60、62の屈曲によるばねとして応力の一部に耐え、熱
膨張および機械的歪みを吸収することができる。
プカラー46の外方向に向う熱膨張が壁24を変形し、故障
の原因になるので、ステップカラー46は壁24に直接接合
しないことが好ましい。その代わりに、クリップ58は脚
部60、62の屈曲によるばねとして応力の一部に耐え、熱
膨張および機械的歪みを吸収することができる。
【００１６】壁24、ステップカラー46、クリップ58の大
きさは、クリップ58の第２の脚部62とステップカラー4
6、また壁24の内部円筒表面32間に動作可能な幅のギャ
ップ64が存在するように選択される。ギャップが小さ過
ぎるならば、ステップカラー46はサービス中に膨張して
壁24の内部円筒表面32と接触し、これに変形または亀裂
を生じさせる。ギャップが大き過ぎるならば、加熱され
た燃焼ガスはギャップ64に逆流し、壁24を損傷する。内
部円筒表面32の円筒の直径が約１．７８インチでありエ
ンジンが後述の構成に適した材料から作られる典型的な
エンジンでは、ギャップ64の寸法は室温で測定を行っ
て、好ましくは約０．０１０インチ乃至約０．０１２イ
ンチである。（同様に、ステップカラー46と第２の脚部
62の外径と、壁24の表面32の内径の差は約０．０２０イ
ンチ乃至約０．０２４インチである）。他の材料および
空間に対しては異なった大きさのギャップが適切であろ
う。
きさは、クリップ58の第２の脚部62とステップカラー4
6、また壁24の内部円筒表面32間に動作可能な幅のギャ
ップ64が存在するように選択される。ギャップが小さ過
ぎるならば、ステップカラー46はサービス中に膨張して
壁24の内部円筒表面32と接触し、これに変形または亀裂
を生じさせる。ギャップが大き過ぎるならば、加熱され
た燃焼ガスはギャップ64に逆流し、壁24を損傷する。内
部円筒表面32の円筒の直径が約１．７８インチでありエ
ンジンが後述の構成に適した材料から作られる典型的な
エンジンでは、ギャップ64の寸法は室温で測定を行っ
て、好ましくは約０．０１０インチ乃至約０．０１２イ
ンチである。（同様に、ステップカラー46と第２の脚部
62の外径と、壁24の表面32の内径の差は約０．０２０イ
ンチ乃至約０．０２４インチである）。他の材料および
空間に対しては異なった大きさのギャップが適切であろ
う。
【００１７】ステップカラー46は燃焼室22内で見られる
幾つかの最も過酷な腐食性および浸食性の環境に直接露
出される。それ故、これは燃焼室22の壁24よりも腐食お
よび浸食に対して大きな耐性をもつ材料で作られてい
る。ステップカラー46は好ましくはプラチナとロジウム
の合金、コロンビウム（ニオビウム）の合金またはセラ
ミック等の、高い融点を有し、燃焼室22の燃焼環境で良
好な耐腐食／耐浸食性を有する材料から作られる。プラ
チナとロジウムの好ましい合金はプラチナが９０重量パ
ーセントで、残部がロジウムである。コロンビウムの好
ましい合金は１０重量パーセントのハフニウムと１重量
パーセントのチタニウムと、残部コロンビウムとであ
る。好ましいセラミックは酸化アルミニウム、酸化トリ
ウムまたはイットリウム酸化物で安定された酸化ジルコ
ニウムである。
幾つかの最も過酷な腐食性および浸食性の環境に直接露
出される。それ故、これは燃焼室22の壁24よりも腐食お
よび浸食に対して大きな耐性をもつ材料で作られてい
る。ステップカラー46は好ましくはプラチナとロジウム
の合金、コロンビウム（ニオビウム）の合金またはセラ
ミック等の、高い融点を有し、燃焼室22の燃焼環境で良
好な耐腐食／耐浸食性を有する材料から作られる。プラ
チナとロジウムの好ましい合金はプラチナが９０重量パ
ーセントで、残部がロジウムである。コロンビウムの好
ましい合金は１０重量パーセントのハフニウムと１重量
パーセントのチタニウムと、残部コロンビウムとであ
る。好ましいセラミックは酸化アルミニウム、酸化トリ
ウムまたはイットリウム酸化物で安定された酸化ジルコ
ニウムである。
【００１８】図３はロケットエンジン20を製造する好ま
しい方法を示している。以下、本発明に最も重要なロケ
ットエンジンの製造に使用される好ましい材料、公称上
の寸法、接合技術を説明するが、それ以外には示されて
はいないが本発明はこれらの説明のアイテムに限定され
ない。燃焼室22がステップ80で設けられる。燃焼室は動
作可能な材料から作ることができるが、好ましくは内部
円筒表面32上にイリジウム65を約０．００３乃至０．０
０５インチの厚さに被覆したレニウムから作られ、それ
によってサービス中にレニウムの損傷を防止する。燃焼
室は任意の動作可能な大きさと特定の構造であってもよ
い。本発明に重要な好ましい応用では、燃焼室22の公称
上の全長は約３．７インチであり、内部円筒表面32の公
称上の直径は約１．７８０インチであり、外部円筒表面
30の公称上の直径は約１．９１０インチである（したが
って壁24の厚さは約０．０６５インチ）。
しい方法を示している。以下、本発明に最も重要なロケ
ットエンジンの製造に使用される好ましい材料、公称上
の寸法、接合技術を説明するが、それ以外には示されて
はいないが本発明はこれらの説明のアイテムに限定され
ない。燃焼室22がステップ80で設けられる。燃焼室は動
作可能な材料から作ることができるが、好ましくは内部
円筒表面32上にイリジウム65を約０．００３乃至０．０
０５インチの厚さに被覆したレニウムから作られ、それ
によってサービス中にレニウムの損傷を防止する。燃焼
室は任意の動作可能な大きさと特定の構造であってもよ
い。本発明に重要な好ましい応用では、燃焼室22の公称
上の全長は約３．７インチであり、内部円筒表面32の公
称上の直径は約１．７８０インチであり、外部円筒表面
30の公称上の直径は約１．９１０インチである（したが
って壁24の厚さは約０．０６５インチ）。
【００１９】クリップ58はステップ82において設けられ
る。クリップ58は任意の動作可能な材料から作られるこ
とができるが、好ましくはモリブデン、または５０重量
パーセントのモリブデンと５０重量パーセントのレニウ
ムの合金から作られ、これには薄い金メッキが施され
る。クリップはまたコロンビウムから作られてもよい。
この材料は燃焼室22のレニウム材料よりも数倍大きい強
度を有する。この大きい強度により、クリップ58はサー
ビス中にステップカラー46の異なった熱膨張により発生
する負荷を支持するための周囲リブの役目を行い、ステ
ップカラー46がサービス中の加熱で膨張するとき、燃焼
室22の壁24に伝わる負荷が最小限であることを確実にす
る。好ましい実施形態では、クリップ58の適切な公称上
の寸法は、第１の脚部60の最初の状態の内径が１．９０
１インチ、第２の脚部62の外径が１．７３８インチ、第
２の脚部62の内径が１．５７１インチである。（第１の
脚部60の内径は燃焼室の外径とぴったり合うように機械
加工され、それによってこれらの間には約０．００５乃
至０．００６のみの間隔が存在する）。
る。クリップ58は任意の動作可能な材料から作られるこ
とができるが、好ましくはモリブデン、または５０重量
パーセントのモリブデンと５０重量パーセントのレニウ
ムの合金から作られ、これには薄い金メッキが施され
る。クリップはまたコロンビウムから作られてもよい。
この材料は燃焼室22のレニウム材料よりも数倍大きい強
度を有する。この大きい強度により、クリップ58はサー
ビス中にステップカラー46の異なった熱膨張により発生
する負荷を支持するための周囲リブの役目を行い、ステ
ップカラー46がサービス中の加熱で膨張するとき、燃焼
室22の壁24に伝わる負荷が最小限であることを確実にす
る。好ましい実施形態では、クリップ58の適切な公称上
の寸法は、第１の脚部60の最初の状態の内径が１．９０
１インチ、第２の脚部62の外径が１．７３８インチ、第
２の脚部62の内径が１．５７１インチである。（第１の
脚部60の内径は燃焼室の外径とぴったり合うように機械
加工され、それによってこれらの間には約０．００５乃
至０．００６のみの間隔が存在する）。
【００２０】ステップカラー46がステップ84において設
けられる。ステップカラー46は十分な酸化と耐浸食性を
有する任意の動作可能な材料から作ることができるが、
好ましくはプラチナとロジウムの合金またはコロンビウ
ムの合金等の丈夫な材料から作られる。プラチナとロジ
ウムの好ましい合金は９０重量パーセントのプラチナ
と、残部ロジウムである。コロンビウムの好ましい合金
は１０重量パーセントのハフニウムと１重量パーセント
のチタニウムと残部コロンビウムである。好ましい実施
形態では適切な公称上の大きさは第２の脚部の外径が
１．７４０インチである。
けられる。ステップカラー46は十分な酸化と耐浸食性を
有する任意の動作可能な材料から作ることができるが、
好ましくはプラチナとロジウムの合金またはコロンビウ
ムの合金等の丈夫な材料から作られる。プラチナとロジ
ウムの好ましい合金は９０重量パーセントのプラチナ
と、残部ロジウムである。コロンビウムの好ましい合金
は１０重量パーセントのハフニウムと１重量パーセント
のチタニウムと残部コロンビウムである。好ましい実施
形態では適切な公称上の大きさは第２の脚部の外径が
１．７４０インチである。
【００２１】ステップカラー46とクリップ58はステップ
86において共に第１のろう付けをされ、第２の脚部62の
内径は図２で示されているようにステップカラー46にろ
う付けされる。好ましいろう付け合金は約６０重量パー
セントのパラジウムと約４０重量パーセントのニッケル
との合金であり、約１２３８℃の固相線／液相線の共融
温度を有する。第１のろう付けを実現するため、厚さ約
０．００２乃至０．００５インチのろう付け合金のシム
が接合する表面の間に置かれ、付加的なろう付け合金
が、接合部にウィッキングされるように接合部の端部周
辺に巻付けられるワイヤとして与えられる。適切な工具
により支持されるアセンブリは１時間に８３０℃から約
１０９３℃の加熱速度で、約９×１０-5トル以下の真空
で加熱され、約１５乃至２０分間保持される。これはさ
らに約１２６０℃の温度まで加熱され、約８乃至１０分
間保持される。その後、真空で約９８２℃以下まで冷却
され、さらにアルゴンで室温まで冷却される。その結
果、第１のサブアセンブリが生成される。
86において共に第１のろう付けをされ、第２の脚部62の
内径は図２で示されているようにステップカラー46にろ
う付けされる。好ましいろう付け合金は約６０重量パー
セントのパラジウムと約４０重量パーセントのニッケル
との合金であり、約１２３８℃の固相線／液相線の共融
温度を有する。第１のろう付けを実現するため、厚さ約
０．００２乃至０．００５インチのろう付け合金のシム
が接合する表面の間に置かれ、付加的なろう付け合金
が、接合部にウィッキングされるように接合部の端部周
辺に巻付けられるワイヤとして与えられる。適切な工具
により支持されるアセンブリは１時間に８３０℃から約
１０９３℃の加熱速度で、約９×１０-5トル以下の真空
で加熱され、約１５乃至２０分間保持される。これはさ
らに約１２６０℃の温度まで加熱され、約８乃至１０分
間保持される。その後、真空で約９８２℃以下まで冷却
され、さらにアルゴンで室温まで冷却される。その結
果、第１のサブアセンブリが生成される。
【００２２】第１のサブアセンブリはステップ88におい
て燃焼室へ第２のろう付けをされ、第１の脚部60の内面
は外部円筒表面30にろう付けされる。好ましいろう付け
合金は約８２重量パーセントの金と約１８重量パーセン
トのニッケルとの合金であり、第１のろう付けのステッ
プ86で使用されるろう付け合金よりも低い約９４９℃の
固相線／液相線の共融温度を有する。第２のろう付けを
実現するため、厚さ約０．００２乃至０．００５インチ
のろう付け合金のシムが接合する表面の間に置かれ、付
加的なろう付け合金が、接合部にウィッキングされるよ
うに接合部の端部周辺に巻付けられるワイヤとして与え
られる。適切な工具により支持されるアセンブリは１時
間に８３０℃から約８９９℃の加熱速度で、約９×１０
-5トル以下の真空で加熱され、約１５乃至２０分間保持
される。これはさらに約９９１℃の温度まで加熱され、
約８乃至１０分間保持される。その後、真空で約２３２
℃以下まで冷却され、さらにアルゴンで室温まで冷却さ
れる。その結果、第２のサブアセンブリが生成される。
て燃焼室へ第２のろう付けをされ、第１の脚部60の内面
は外部円筒表面30にろう付けされる。好ましいろう付け
合金は約８２重量パーセントの金と約１８重量パーセン
トのニッケルとの合金であり、第１のろう付けのステッ
プ86で使用されるろう付け合金よりも低い約９４９℃の
固相線／液相線の共融温度を有する。第２のろう付けを
実現するため、厚さ約０．００２乃至０．００５インチ
のろう付け合金のシムが接合する表面の間に置かれ、付
加的なろう付け合金が、接合部にウィッキングされるよ
うに接合部の端部周辺に巻付けられるワイヤとして与え
られる。適切な工具により支持されるアセンブリは１時
間に８３０℃から約８９９℃の加熱速度で、約９×１０
-5トル以下の真空で加熱され、約１５乃至２０分間保持
される。これはさらに約９９１℃の温度まで加熱され、
約８乃至１０分間保持される。その後、真空で約２３２
℃以下まで冷却され、さらにアルゴンで室温まで冷却さ
れる。その結果、第２のサブアセンブリが生成される。
【００２３】燃焼室22とクリップ58とステップカラー46
を組立てて接合するとき、クリップ58上の金メッキと燃
焼室のイリジウム被覆65間に接触がないように注意す
る。経験上、上昇温度におけるイリジウムと金の相互拡
散は保護イリジウム被覆の破損を生じ、燃焼生成物とそ
の下の金属表面の反応が可能になる。ギャップ64はクリ
ップ58の第２の脚部62上の金被覆とイリジウム被覆65と
の接触がないことを確実にする。クリップ58の金被覆は
好ましくはウェブ63の内部湾曲部の樋状領域67から離れ
るように機械加工され、それによってその領域の金被覆
とイリジウム被覆65との間に接触を確実に防止する。
を組立てて接合するとき、クリップ58上の金メッキと燃
焼室のイリジウム被覆65間に接触がないように注意す
る。経験上、上昇温度におけるイリジウムと金の相互拡
散は保護イリジウム被覆の破損を生じ、燃焼生成物とそ
の下の金属表面の反応が可能になる。ギャップ64はクリ
ップ58の第２の脚部62上の金被覆とイリジウム被覆65と
の接触がないことを確実にする。クリップ58の金被覆は
好ましくはウェブ63の内部湾曲部の樋状領域67から離れ
るように機械加工され、それによってその領域の金被覆
とイリジウム被覆65との間に接触を確実に防止する。
【００２４】環状アダプタ52がステップ90において設け
られる。アダプタは好ましくは６重量パーセントのアル
ミニウムと４重量パーセントのバナジウムと残部チタニ
ウムの合金等の、チタニウム合金から作られる。
られる。アダプタは好ましくは６重量パーセントのアル
ミニウムと４重量パーセントのバナジウムと残部チタニ
ウムの合金等の、チタニウム合金から作られる。
【００２５】アダプタ52はステップ92において第２のサ
ブアセンブリのステップカラー46の端部54へ第３のろう
付けをされる。好ましいろう付け合金は約８２重量パー
セントの銀と約９重量パーセントのパラジウムと約９重
量パーセントのガリウムとの合金であり、第２のろう付
けのステップ88で使用されるろう付け合金よりも低い約
８４５℃の固相線温度と約８８０℃の液相線温度を有す
る。ろう付けを行うため、厚さ約０．００２乃至０．０
０５インチのろう付け合金のシムが接合する表面の間に
置かれ、付加的なろう付け合金が、接合部にウィッキン
グされるように接合部の端部周辺に巻付けられたワイヤ
として与えられる。適切な工具により支持されるアセン
ブリは１時間に８３０℃から約８１２℃の加熱速度で、
約９×１０-5トル以下の真空で加熱され、約１５乃至２
０分間保持される。これはさらに約９０４℃の温度まで
加熱され、約６乃至８分間保持される。その後、真空で
約２３２℃以下まで冷却され、さらにアルゴンで室温ま
で冷却される。その結果、第３のサブアセンブリが生成
される。
ブアセンブリのステップカラー46の端部54へ第３のろう
付けをされる。好ましいろう付け合金は約８２重量パー
セントの銀と約９重量パーセントのパラジウムと約９重
量パーセントのガリウムとの合金であり、第２のろう付
けのステップ88で使用されるろう付け合金よりも低い約
８４５℃の固相線温度と約８８０℃の液相線温度を有す
る。ろう付けを行うため、厚さ約０．００２乃至０．０
０５インチのろう付け合金のシムが接合する表面の間に
置かれ、付加的なろう付け合金が、接合部にウィッキン
グされるように接合部の端部周辺に巻付けられたワイヤ
として与えられる。適切な工具により支持されるアセン
ブリは１時間に８３０℃から約８１２℃の加熱速度で、
約９×１０-5トル以下の真空で加熱され、約１５乃至２
０分間保持される。これはさらに約９０４℃の温度まで
加熱され、約６乃至８分間保持される。その後、真空で
約２３２℃以下まで冷却され、さらにアルゴンで室温ま
で冷却される。その結果、第３のサブアセンブリが生成
される。
【００２６】噴射装置プレート38がステップ94において
設けられる。噴射装置プレート38は典型的にチタニウム
が６重量パーセントとアルミニウムが４重量パーセント
のバナジウムから作られる。噴射装置プレート38は好ま
しくは電子ビーム溶接によってステップ96において第３
のサブアセンブリのアダプタ52に接合される。
設けられる。噴射装置プレート38は典型的にチタニウム
が６重量パーセントとアルミニウムが４重量パーセント
のバナジウムから作られる。噴射装置プレート38は好ま
しくは電子ビーム溶接によってステップ96において第３
のサブアセンブリのアダプタ52に接合される。
【００２７】好ましい方法にしたがってロケットエンジ
ンが構成され、テストされた。その他の方法で類似して
いるが内部ステップカラーがなく本発明の製造方法を使
用しないロケットエンジンが３１５秒の測定された比イ
ンパルスを有することに比べて、（本発明の）ロケット
エンジンは３２４秒の測定された比インパルスを有す
る。
ンが構成され、テストされた。その他の方法で類似して
いるが内部ステップカラーがなく本発明の製造方法を使
用しないロケットエンジンが３１５秒の測定された比イ
ンパルスを有することに比べて、（本発明の）ロケット
エンジンは３２４秒の測定された比インパルスを有す
る。
【００２８】本発明の特別の実施形態を例示の目的で詳
細に説明したが、種々の代替および変形は特許請求の範
囲内に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく実施されよう。
細に説明したが、種々の代替および変形は特許請求の範
囲内に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく実施されよう。
【図１】ロケットエンジンの断面図。
【図２】図１の領域２−２を拡大した燃焼室の噴射装置
と噴射装置端を示している詳細図。
と噴射装置端を示している詳細図。
【図３】本発明のロケットエンジンの製造方法のフロー
チャート。
チャート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービット・ブロンソン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90266、マンハッタン・ビーチ、ナインテ ィーンス・ストリート 1300 (72)発明者 カール・アール・ステッチマン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91326、ノースリッッジ、ガーデン・グロ ーブ・アヴェニュー 10623 (72)発明者 ペーター・ウル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91321、サンタ・クラリータ、カナーウェ ル・ストリート 23611 (72)発明者 ジョエル・ニーダーマン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91301、アグーラ・ヒルズ、クウェイル・ ラン・ドライブ 29709
Claims (10)
- 【請求項１】 外径を有する環状のステップカラーを設
け、 第１の脚部と、それに平行する第２の脚部と、第１の脚
部と第２の脚部との間のウェブを有するＣ型の環状クリ
ップを具備した環状のクリップ構造を設け、 ステップカラーとクリップの第２の脚部との第１のろう
付けを行って第１のサブアセンブリを形成し、 燃焼室を設け、 第１のサブアセンブリのクリップの第１の脚部と燃焼室
との第２のろう付けを行って第２のサブアセンブリを形
成し、 環状アダプタを設け、 第２のサブアセンブリのステップカラーとアダプタとの
第３のろう付けを行って第３のサブアセンブリを形成
し、 噴射装置を設け、 第３のサブアセンブリのアダプタを噴射装置へ溶接する
ステップを有することを特徴とするロケットエンジンの
製造方法。 - 【請求項２】 前記ステップカラーが、プラチナとロジ
ウムの合金と、コロンビウムの合金と、セラミックから
なるグループから選択された材料から作られている請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 燃焼室は少なくとも部分的にレニウムの
壁を具備している請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 クリップ構造が、モリブデンとコロンビ
ウムからなるグループから選択された金属を少なくとも
部分的に有するクリップを備えている請求項１記載の方
法。 - 【請求項５】 環状アダプタが、６重量パーセントのア
ルミニウムと、４重量パーセントのバナジウムとを含む
チタニウムの合金を少なくとも部分的に有している請求
項１記載の方法。 - 【請求項６】 噴射装置が、少なくとも部分的にチタニ
ウム合金を有している請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 第１のろう付けを行うステップが、 約６０重量パーセントのパラジウムと約４０重量パーセ
ントのニッケルの合金よりなる第１のろう付け合金を使
用して行われる請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 第２のろう付けを行うステップが、 約８２重量パーセントの金と約１８重量パーセントのニ
ッケルとの合金よりなる第２のろう付け合金を使用して
行われる請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 第３のろう付けを行うステップが、 約８２重量パーセントの銀と約９重量パーセントのパラ
ジウムと約９重量パーセントのガリウムの合金よりなる
第３のろう付け合金を使用して行われる請求項１記載の
方法。 - 【請求項１０】 アダプタを溶接するステップが、 アダプタを噴射装置へ電子ビーム溶接するステップを含
んでいる請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US057368 | 1993-05-03 | ||
| US5736897P | 1997-08-29 | 1997-08-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11132108A true JPH11132108A (ja) | 1999-05-18 |
| JP3023348B2 JP3023348B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=22010145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10244654A Expired - Lifetime JP3023348B2 (ja) | 1997-08-29 | 1998-08-31 | 燃焼室と噴射装置間に転移部構造を有するロケットエンジンの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6249967B1 (ja) |
| EP (1) | EP0899448B1 (ja) |
| JP (1) | JP3023348B2 (ja) |
| DE (1) | DE69812253T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016030263A (ja) * | 2014-07-25 | 2016-03-07 | 三菱重工業株式会社 | 部材接合方法及び部材接合システム |
| CN106862746A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-06-20 | 西北工业大学 | 一种高温钛合金薄壁铸件电子束焊接方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69812014T2 (de) * | 1997-08-29 | 2003-12-24 | Hughes Electronics Corp | Raketenmotor mit einem Verbindungsstück zwischen Verbrennungskammer und Injektor |
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| RU2158666C2 (ru) * | 1999-02-04 | 2000-11-10 | Открытое акционерное общество НПО Энергомаш им. акад. В.П. Глушко | Способ изготовления сварно-паяной конструкции |
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