JPH11500201A - ファイヤ緩和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 爆ごうの前に外部加熱のために爆薬または推進薬の燃焼を開始させるための装置を記載するが、この装置は少なくとも二つの材料を含み、これらのうちの第一材料は前記の爆薬または推進薬の爆ごうが誘発される温度より低い温度で溶融し、第二材料と反応して発熱反応を発生させ、前記の爆薬または推進薬の燃焼を開始させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ファイヤ緩和装置 本発明は、特に外側からの好ましくない加熱を受けたときに、これに限ったこ とではないが、いわゆる「緩やかな自然発射（クックオフ）」条件の下で、固体 燃料推進エンジンの応答を緩和するための装置に関する。 爆発性材料は、熱にさらされたときにさまざまな様式で反応を起こす可能性が ある。爆薬の性質と加熱速度に応じて、爆発性物質の最も共通の発熱反応は着火 と爆ごうである。爆発性物質は、その特定の起爆手順以外のいかなる条件の下で も反応しないことが望ましい。さらにまた爆発性物質は、約１６０℃以下の比較 的低い温度では着火または爆ごうのいずれによっても反応してはならない。しか しながら、このことは非常に希なケースである。 爆発性材料は大まかには、爆ごうを目的とされるものと，たとえ非常に速くて も着火または燃焼を目的とされるものとに分けることができる。本発明は、主と して後者の種類の材料に関するもので、例えばロケットエンジンなどの適用例に 使用される推進薬である。 例えばニトロセルロース（ＮＣ）またはニトロセルロース（ＮＣ）とニトログ リセリン（ＮＧ）との混合物をベースとした推進薬は、比較的高い速度で外側か らの加熱を受けたときには一般に着火事象を起こすことによって反応し、この反 応ではこの材料は爆ごうを起こすのではなく燃焼することになる。この着火事象 が起こるときの温度は材料の加熱速度によって異なる。キャストＮＣ／ＮＧマト リクスをベースとした推進薬についての代表的な着火温度範囲は、例えば１分間 あたり５℃の加熱速度の場合に約１６０〜１８０℃である。しかし、推進エンジ ンの好ましからぬ発火が重大で危険な事象であっても、推進薬が非常に緩やかな 加熱速度で加熱されると、潜在的にもっと危険な爆ごう事象が発生することもあ る。例えば周辺温度からの１分あたり約０．０５℃の加熱速度は、約１２０℃の 温度において爆ごうを発生させることがある。 爆ごう事象中は、推進薬のほぼすべての分子が同時にその化学的エネルギーを 放出する。緩やかな加熱速度は、エンジンマトリクスにおける分子の大部分また は全部をあるエネルギーレベルに持っていく働きを行い、このレベルで次の熱入 力増分は、推進薬を活性化エネルギー「障壁」の上に持っていき、同時反 応を促進して爆ごう事象を引き起こす。 緩やかな加熱速度条件の下では、より低いエネルギーレベルで着火を促して、 爆ごうが起こる前に推進薬を燃焼させることが望ましい。 本発明の目的は、推進薬が、爆ごう活性化エネルギーレベル、または爆ごう発 生温度に到達する前に、推進薬または推進薬点火器の発火を起こさせる手段を提 供することである。 本発明によれば、爆ごうの前に爆薬または推進薬の燃焼を開始させるための装 置であって、少なくとも二つの材料を含み、少なくともこれらのうちの第一材料 は前記の爆薬または推進薬の爆ごう温度より低い温度で溶融し、第二材料と反応 して発熱反応を発生させ、前記の爆薬または推進薬の燃焼を開始させる、装置が 提供される。 前記の少なくとも二つの材料は金属材料でもよく、発熱反応は前記の少なくと も二つの材料の間の合金反応または化学反応であってもよい。 例えばＮＣ／ＮＧマトリクス材料の起爆が必要とされる本発明の一実施形態で は、前記の少なくとも二つの金属材料の一つは約９８℃で溶融する金属ナトリウ ムであってもよい。前記の 少なくとも二つの金属材料の他の一つは、ビスマス、鉛、スズ、カドミウム、テ ルリウム、およびアンチモンのうちの少なくとも二つの合金で、ナトリウムより も低い温度で始まる溶融温度を有する合金であってもよい。 本発明の好ましい一実施形態では、反応性がより高い材料を、より低い溶融温 度を有し化学的により安定した材料のジャケットの中に収容することができる。 これは、例えばナトリウムなどの反応性に富む１族の金属の場合に、例えばビス マスをベースとする合金の外部ジャケットは、貯蔵中の直接環境における物質（ 酸素または湿分などの）とナトリウムとの反応に対する保護をもたらし、また溶 融したナトリウムがジャケットの金属と反応するときに、二つの金属成分の混合 を促進することで、有利であることがわかった。装置の二つの成分が反応点で溶 融する場合には、固体／液体反応と比較されるエネルギーの解放を促進する均質 相反応を起こすことができる。 本発明による装置は、火花や火炎を発生させることなく熱出力を供給する。 ２５０℃までの外部ケース温度は、ナトリウムとビスマスをベースとする合金 成分との比率に応じて達成されることがわか った。５００℃までの温度は、例えばリチウムなどの追加の反応性金属成分を採 用する改質された成分材料によって達成された。 本発明による装置を、正規の用途では推進薬の燃焼を開始させるために使用さ れる点火器の内部に組み込んでもよく、この装置は外部が危険なほど高い温度に 達した場合にのみ点火器内の材料を点火させ、点火器は推進薬を発火させる。点 火器の内部に本発明の装置を含めることの利点は、点火器のケーシングが、発熱 反応の間でも装置の溶融した成分のすべてを比較的小さな容積の中に収めること に役立つことである。 代替案として、装置を推進薬自体の内部に置いてもよい。例えば、装置を推進 薬の中に凝固によってカプセル包被するように、装置をエンジンケーシングと装 置の周りの推進薬キャストの内面に取り付けてもよい。 本発明をＮＣ／ＮＧマトリクスをベースとした推進薬を参照して説明したが、 本発明は、燃料とこの中に組み合わせられた酸化剤を有するゴム材料のマトリク スを含むいわゆる「複合」推進薬などの、他の爆薬／推進薬にも同様に適用可能 である。このような推進薬は、実際の組成と加熱速度によって約１５０ 〜２００℃の範囲で爆ごう温度を有する。 ビスマスおよび／または鉛および／またはスズをベースとする合金は、溶融が 開始される温度範囲が広いため、およびこれらの合金のほぼすべてが元素の周期 表の１族からの金属と発熱反応することで、特に有利である。 本発明をさらに完全に理解するために、次に、添付の図面を参照しながら、例 について説明する。添付の図面において、 第１図は、点火器に組み込まれた本発明による装置の断面図である。 第２図は、本発明による装置が推進エンジンの内部に組み込まれている代替実 施形態の概略断面図である。 第３図は、本発明による装置の第二実施形態の概略断面図である。 図面を参照すると、第１図は、本発明による装置を中に組み込んだ推進薬点火 器１０を示す。この点火器は、ピロゲン推進薬１４を中に有する外部ケーシング 管１２を含み、ピロゲン推進薬１４は正常の条件の下で電気爆発装置（図示せず ）と火工組成物１６によって点火される。ケーシング１２の周辺には複数の開口 部１８が設けられており、これによって燃焼するピロ ゲン推進薬１４からの熱ガスは、ロケットエンジン（図示せず）の取り巻く推進 薬に突き当りこれを点火させることができる。開口部１８は膜２０によって覆わ れており、湿気がたまったときの湿気の進入を防止する。ピロゲン推進薬には導 管と横断孔２２が備えられているので、いったん点火されると短時間で広い区域 にわたって同時燃焼が促進される。点火器はまた、火工組成物１６から離れた端 部に閉鎖されたキャップ部材２４を備えている。キャップ部材２４は本発明によ る装置２６を含む。装置２６は、Ｂｉを５０重量％、Ｐｂを２７重量％、Ｓｎを １３重量％、Ｃｄを１０重量％だけ含む公称の組成のビスマスをベースとする合 金からなる外部ジャケット２８を含み、この外部ジャケットはその内部にナトリ ウムペレット３０を有している。キャップ部材２４の開放端では、点火器の正常 な発火条件における燃焼から装置を保護するために、アルミニウム製のシム部材 ３２が装置２６とピロゲン推進薬１４との間に位置している。太い点線で示す断 熱材とアルミニウム箔３４でできた薄い層が装置２６を取り囲んでいる。 点火器１０が不意に望ましくない外部からの加熱を受けた場合には、ナトリウ ムペレット３０は、ナトリウムの温度が約９ ８℃に達するとジャケット２８内部で溶融する。ジャケット２８の組成は、９８ ℃よりわずかに低い温度において溶融の開始が起こるような組成である。溶融し たナトリウムは溶融したジャケット材料と発熱反応を開始し、溶融したジャケッ ト材料は反応速度を加速する。温度上昇速度と熱解放速度は、ピロゲン推進薬１ ４に発火を起こさせ、これによってロケットエンジン（図示せず）における周囲 の推進薬の燃焼を開始させるのに十分なものであり、点火器１０の動作は実質的 に、まるでそれが火工組成物１６によって開始されたかのようである。 第２図は、本発明による装置２６を内部に有する推進エンジンの概略断面図を 示す。エンジン４０はエンジンケーシング４４の内部にキャスタブル材４２を含 む。装置２６は、例えば接着手段によってケーシング４４の内部に取り付けられ 、推進薬はケーシングの中にキャストされて、装置の周りで固化させる。装置の 作動はそれ自体、第１図を参照して説明したものと同じであり、発熱反応の熱に よってキャスタブル材４２の発火が起こる。 第３図は、本発明の代替実施形態の軸方向断面を示すが、装置５０は、ビスマ ス合金でできたジャケット５６の内部にそれ ぞれカプセル包被された、二つの同心に互いに合わせられたリチウム円筒５２と ナトリウム円筒５４とを含む。この実施形態では、再びナトリウム５４が最初に 溶融し、リチウム５２と発熱様式で急速に反応し、そして周囲の溶融したビスマ ス合金のジャケット材料５６と反応する。装置の３成分間の反応全体は、第１図 と第２図によって説明した装置よりも実質的にはさらに発熱を伴うものである。 この実施形態によって作られた装置は５００℃までの温度を発生させた。 第３図で説明の緩和装置は、第１図を参照して説明したものと類似の点火器の 中に組み込むことも、または第２図を参照して説明したように推進エンジンの中 に直接組み込むこともできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１月２１日 【補正内容】 請求の範囲 １．爆ごうの前に爆薬または推進薬（１４）の燃焼を開始させるための装置であ って、少なくとも二つの材料を含み、少なくともこれらのうちの第一材料（２８ 、３０）は前記の爆薬または推進薬（１４）の爆ごう温度より低い温度で溶融し 、第二材料（３０、２８）と反応して発熱反応を発生させ、前記の爆薬または推 進薬の燃焼を開始させる装置（２６）。 ２．前記の少なくとも二つの材料が金属材料（２８、３０、５２、５４）であり 、発熱反応は前記の少なくとも二つの金属材料の間の合金反応または化学反応で ある、請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記の少なくとも二つの金属材料の一つが金属ナトリウム（３０）である、 請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。 ４．前記の少なくとも二つの材料の第二材料（２８）が、ビスマス、鉛、スズ、 カドミウム、テルリウム、およびアンチモンのうちの少なくとも二つの合金であ る、請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の装置。 ５．前記の少なくとも二つの材料の第二材料の溶融温度が、前 記の第一材料の溶融温度より低い、請求の範囲第３項または第４項に記載の装置 。 ６．前記の少なくとも二つの材料の反応性の高い方（３０、５２、５４）が、前 記の少なくとも二つの材料の前記の第二材料からなるジャケット（２８、５６） の中に収められている、請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の装 置。 ７．前記の発熱反応によって熱出力のみが発生する、請求の範囲第１項から第６ 項のいずれか一項に記載の装置。 ８．少なくとも三種類の材料（５２、５４、５６）が使用され、このうちの一つ はリチウム（５２）である、請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載 の装置（５０）。 ９．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか一項に記載の装置を含む点火器 （１０）。 １０．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか一項に記載の装置を含む推進 エンジン（４０）。 １１．請求の範囲第９項に記載の点火器（１０）を含む推進エンジン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．爆ごうの前に爆薬または推進薬の燃焼を開始させるための装置であって、少 なくとも二つの材料を含み、少なくともこれらのうちの第一材料は前記の爆薬ま たは推進薬の爆ごう温度より低い温度で溶融し、第二材料と反応して発熱反応を 発生させ、前記の爆薬または推進薬の燃焼を開始させる装置。 ２．前記の少なくとも二つの材料が金属材料であり、発熱反応は前記の少なくと も二つの金属材料の間の合金反応または化学反応である、請求の範囲第１項に記 載の装置。 ３．前記の少なくとも二つの金属材料の一つが金属ナトリウムである、請求の範 囲第１項または第２項に記載の装置。 ４．前記の少なくとも二つの材料の第二材料が、ビスマス、鉛、スズ、カドミウ ム、テルリウム、およびアンチモンのうちの少なくとも二つの合金である、請求 の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の装置。 ５．前記の少なくとも二つの材料の第二材料の溶融温度が、前記の第一材料の溶 融温度より低い、請求の範囲第３項または第４項に記載の装置。 ６．前記の少なくとも二つの材料の反応性の高い方が、前記の少なくとも二つの 材料の前記の第二材料からなるジャケットの中に収められている、請求の範囲第 １項から第５項のいずれか一項に記載の装置。 ７．前記の発熱反応によって熱出力のみが発生する、請求の範囲第１項から第６ 項のいずれか一項に記載の装置。 ８．少なくとも三種類の材料が使用され、このうちの一つはリチウムである、請 求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載の装置。 ９．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか一項に記載の装置を含む点火器 。 １０．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか一項に記載の装置を含む推進 エンジン。 １１．請求の範囲第９項に記載の点火器を含む推進エンジン。 １２．添付の説明および図面の第１図、または第２図、または第３図を参照して これまでに記載されたような、実質的に燃焼を開始させるための装置。 １３．添付の説明および図面の第１図、または第３図を参照してこれまでに記載 されたような、実質的に燃焼を開始させるた めの装置。 １４．添付の説明および図面の第１図、または第２図、または第３図を参照して これまでに記載されたような、実質的に燃焼を開始させるための装置または点火 器を有する推進エンジン。