JPH11503802A - 固体推進薬の２パルスロケットモータが充填されたケース及び発火装置並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固体推進薬の２パルスロケットモータ（１０）は、バリヤ絶縁体（３２）により仕切られた二つのパルス爆薬粒（２４、２６）を保持する圧力容器（１２）を備えている。圧力容器（１２）の前端（１６）に配置された発火装置組立体（３６）が中央キャビティ（３４）から第一のパルス爆薬粒（２４）を選択的に発火させる。該発火装置組立体（３６）は、爆薬粒の前端に高温の燃焼ガスを噴射することにより、第二のパルス爆薬粒（２６）も発火させる。

Description

【発明の詳細な説明】 固体推進薬の２パルスロケットモータが充填された ケース及び発火装置並びにその製造方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、ロケット、その他の自己推進型ミサイル、及び射出体に関し、より 具体的には、これらのロケット等が取り付けられた運送具に多数の推進パルスを 提供することのできる、かかるロケット等用の固体推進薬によるロケットモータ に関する。 ２．関連技術の説明 ロケット、その他の型式の推進型ミサイル等用のモータは、一般に二つの型式 のものがある。その第一のものである液体推進薬モータは、液体水素、またはア ンモニアのような液体燃料を保持するタンクと、液体酸素、硝酸、またはフッ素 のような液体酸化剤を保持するタンクとを備えている。これらの二つの液体は、 液体を瞬間的に燃焼させ得るようにした特定の比率及び流量にて燃焼室内で共に 混合される。その燃焼生成物は、ロケットの排気ノズルから排出されて、これに より、ロケットを推進させる推力を提供する。液体推進薬モータは、正確に制御 し、停止させ且つ再始動させ、実際に使用する前に点検し、発火し且つ較正する ことができる点で有用である。また、液体推進薬モータは、広範囲に亙る特定の 衝撃定格値、即ち、単位時間当たり燃焼する単位質量燃料当たりの推力、及び比 較的長い燃焼時間を提供する点でも有利である。 その他の主要な型式のロケットモータは、固体推進薬モータである。固体推進 薬システムにおいて、ロケットは、固体燃料、即ち「爆薬粒」により推進され、 この爆薬粒は、最初に、電気式、または火工式発火装置によって発火される。爆 薬粒が燃焼すると、該爆薬粒は、排ガス及びその他の燃焼生成物を発生させ、こ れらの燃焼生成物は、ロケットの端部に設けられたノズルを通じて排出される。 これらの燃焼生成物は、ロケットの排気ノズルから排出され、これにより、ロケ ットを推進させる推力を提供する。固体推進薬モータの有利な点は、その構造設 計が比較的簡単で且つ使用が容易な点である。 多くの用途において、二つの別個で且つ異なる推進衝撃力を提供することので きる固体推進薬モータ、即ち、２パルスモータを使用することが望ましい。例え ば、この２パルスモータにおける第一のパルスは、ミサイルをその標的に向けて 発射させるために使用することができる。ミサイルが標的付近にあるときに、第 二のパルスを発火させてミサイルを加速し、標的に衝突したときのその力を増大 させ、また、標的に付与される損傷の程度を増大させることができる。 幾つかの型式の２パルスモータが開発されている。例えば、アンドリュー（An drew）への米国特許第4,936,092号には、異なるパルス用の爆薬粒を別個の取り 外し可能な段内に保持することのできるシステムが開示されている。一つのパル スに対する爆薬粒が完全に使い切ったときに、その段を投棄して、新しい段を発 火させる。しかしながら、この配置は、比較的複雑な機械部品を二重に設け、そ の部品間の作用を調和させることが必要となり、また、重量及び製造上の条件を 更に考慮することが必要となる。 また、グローバ（Grover）その他の者への米国特許第3,122,884号に記載され たように、爆薬粒は、単一の段内の別個の燃焼室内に保持することができ、その 燃焼室は、別個のノズルを有し、または共通のノズルを共用することができる。 この設計は、部品の一部を二重に設けることを必要とするため、当然に、モータ 内に収容することのできる推進火薬は制限され、モータのコスト及び重量が増大 する。また、多数ノズルの形態は、各ノズルの寸法を制限し、このため、モータ から利用可能である特定の衝撃力を低下させる。 こうした設計の一つの代替例は、レフェブレィ（LeFebvre）その他の者への米 国特許第3,908,364号、及びジョンズ（Jones）その他の者への米国特許第4,085, 584号に記載されている。こうしたシステムにおいて、各パルス用の爆薬粒は、 単一の燃焼室内に収容することができる。第一の爆薬粒が燃焼し始めたならば、 第二の爆薬粒が発火するのを防止するため、これらの爆薬粒はその相互接続部に て薄い断熱薄膜によって仕切られている。この薄膜は、第一爆薬粒が燃焼してい る間に、第二の爆薬粒が誤って発火するのを防止する。第一の爆薬粒が使い切っ たならば、別個の発火装置が第二の爆薬粒の燃焼を開始させて、第二のパルスを 開始させ、これによって、薄膜を破壊し、燃焼生成物がノズルから外に出ること を可能にする。 上述の従来技術のシステムは、それらシステムの目的を達成する一方、当該シ ステムは、２パルスモータの独自の燃焼特性に対応すべく特殊な発火システムを 必要とする。また、２パルスモータの特殊な発火特性には、許容公差の制限、及 び検査及び組み立てを確実に行うことが困難であるという独特の問題点が多い。 発明の概要 本発明の一つの目的は、隔壁貫通発火装置（TBIs）、爆発力の伝達組立体（ET As）及びセーフ＆アーム（S&As）のような標準的な固体推進薬モータの発火列（ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｔｒａｉｎ）構成要素を使用することのできる固体推進薬の ２パルスモータを提供することである。 本発明の別の目的は、検査及び組み立てが比較的容易である固体推進薬の２パ ルスモータを提供することである。 本発明の更に別の目的は、許容公差の制限の条件等が実質的に無い、固体推進 薬の２パルスモータを提供することである。 本発明の更に別の目的は、容易、確実に且つ経済的に行うことのできる固体推 進薬の２パルスモータの製造方法を提供することである。 上記の目的は、バリヤ絶縁体により仕切られた二つのパルス爆薬粒を保持する 圧力容器を有する固体推進薬の２パルスロケットモータを提供することによって 達成される。圧力容器の前端に配置された発火装置組立体は、爆薬粒内の中央通 路から第一のパルス爆薬粒を選択的に発火させる。また、この発火装置組立体は 、爆薬粒の前端に高温の燃焼ガスを噴出することにより、第二のパルス爆薬粒を 発火させる。かかる発火機構を使用すれば、標準的な在庫品発火構成要素を使用 して２パルスロケットモータを構成することができる。 図面の簡単な説明 本発明の上記及びその他の目的並びに有利な点は、現在の好適な実施の形態の 添付図面に関する以下の詳細な説明から明らかになり且つより容易に理解されよ う。添付図面において、 図１は、本発明によるケース組立体の断面図、 図２は、本発明による固体推進薬の２パルスロケットモータの断面図、 図３は、本発明による２パルス発火装置組立体の拡大断面図、 図４は、本発明によるフェーズ２の爆薬粒を形成する鋳造品組立体の断面図、 図５は、本発明によるフェーズ１の爆薬粒を形成する鋳造品組立体の断面図で ある。 現在の好適な実施の形態の詳細な説明 本発明の基礎は、図１に示したモータ・ケース組立体１０である。該モータ・ ケース組立体１０は、スカート部分１４内に配置された圧力容器１２を有してい る。該圧力容器１２は、310.90ｍｍ（12.24インチ）の最大外径を有し、フィラ メントを巻き付けた黒鉛−エポキシ樹脂組成物で出来ていることが好ましい。 該スカート部分１４は、310.90ｍｍ（12.24インチ）の径であり、フィラメン トを巻き付けた黒鉛−エポキシ樹脂組成物で出来ている。また、圧力容器１２と 、スカート部分１４との間の歪みの差を少なくするため、こうした二つの構成要 素の間の相互接続面に接着性のせん断層を提供することが有利である。 図１、及びその他の全ての図面は、本発明の縦断面図であり、また、図示して いないが、本発明、及び本発明に含まれる部品は、全体として、軸方向に見たと き、円形の断面であることを理解すべきである。 スカート部分１４の前端は、該前端に取り付けられた前端リング１６を有し、 スカート部分１４の後端は、かかる後端に取り付けられた後端リング１８を有し ている。該前端リング１６は、推進力を伝達し、また、モータの加工工具に係合 することを可能にする一方、後端リング１８は、二つのノズルアクチュエータ４ ０（図２に図示）を支持し且つモータの加工工具に係合することを可能にする。 前端リング１６及び後端リング１８は、アルミニウム合金で出来ており、スカー ト部分１４に接着され且つリベット止めされていることが好ましい。しかしなが ら、当業者には、その他の同等の適当な材料及び接着技術が容易に明らかであろ う。 圧力容器１２は、その長手方向軸線に沿って前端及び後端にそれぞれ前方ポー ラボス２０及び後方ポーラボス２２を備えている。前方ポーラボス２０は、以下 に説明するように、モータ発火装置組立体３４（図２に図示）を取り付け及び支 持することを可能にし、また、後方ポーラボス２２はノズル組立体３８と係合し て（同様に図２に示すように）、吹出し力を支持する。前方ポーラボス２０及び 後方ポーラボス２２の各々は、当業者に明らかであるように、高温特性に優れた チタニウム合金、またはその他の化合物（鋼、またはアルミニウムの如き）で出 来ていることが好ましい。 圧力容器１２は、該圧力容器１２の内部の後方部分に配置されたパルス１の爆 薬粒２４と、該圧力容器の前方部分に配置されたパルス２の爆薬粒２６とを有し ている。このパルス１の爆薬粒２４は、アルミニウム粉末燃料とした、ヒドロオ キシルで終端としたポリブタジエン（HTPB）バインダ化合物を約４４ｌｂ使用し て形成される一方、パルス２の爆薬粒２６は、燃焼速度の速い同様の化合物を約 ２２ｌｂ使用して形成されることが好ましい。好適な実施の形態において、パル ス２の爆薬粒２６は、パルス１の爆薬粒２４よりも燃焼速度が約６８％速い。 パルス１の爆薬粒が燃焼し、また、パルス間の遅延時間の間に、圧力容器１２ 及びパルス２の爆薬粒２６を腐食及び熱から保護するため、圧力容器１２とパル ス２の爆薬粒２６との間には、前方絶縁体２８が配置されている。更に、パルス ２の爆薬粒２６は、その前端の中央に配置された爆薬粒支持体３０（発泡材料で 出来ていることが好ましい）を有している。また、パルス２の爆薬粒２６の前端 を同様に保護するため、パルス１の爆薬粒２４とパルス２の爆薬粒２６との間に は、バリヤ絶縁体３２が配置されており、また、同様の理由のため、パルス１の 爆薬粒２４の前端と圧力容器１２の後端との間には、後部絶縁体３３が配置され ている。これらの前方絶縁体２８、バリヤ絶縁体３２及び後部絶縁体３３は、ケ ブラー（Kevlar）を充填したエチレン・プロピレン・ジエン・モノマー（EPDM） 材料で出来ており、低温の貯蔵及び作動中、推進薬の接続線に対する応力除去作 用を提供するため応力除去ブーツを有することが好ましい。 パルス１及びパルス２の爆薬粒２４、２６、前方絶縁体２８、及びバリヤ絶縁 体３２は、図２に図示するように、協働して、中央発火キャビティ３４を画成し 、また、モータ発火装置組立体３６は、発火キャビティ３４の前端にて前方ポー ラボス２０にボルト止めされている。モータ発火装置組立体３６を圧力容器１２ 内に配置する状態を示すことに加えて、この図面には、撓みシールの推力ベクト ル制御（TVC）ノズル３８と、該ノズルに関係するアクチュエータ４０の一つと が 図示されている。 図３に図示するように、モータ発火装置組立体３６は、発火装置閉鎖体４２と 、該閉鎖体から突出する発火装置ケース４４とを備えている。この発火装置閉鎖 体４２は、前方ポーラボス２０内に嵌まり、また、チタニウム合金で出来ている ことが好ましい。発火装置ケース４４は、その内部に配置されたパルス１の二つ の発火装置爆薬粒４６、４８を有している。爆薬粒４８は、ケースに接着された 推進薬で出来たものであることが好ましく、また、爆薬粒４６は、ケースに接着 されたブースタ推進薬であることが好ましい。これらの爆薬粒４６、４８は、鋼 製スクリーン５２によって爆薬粒４６から仕切られた発火ペレット５０（BKNO₃ ペレットであることが好ましい）から仕切られている。発火ペレット５０が、例 えば、二つの爆管、またはTBIsにより発火されたとき、これら発火ペレットは、 爆薬粒４６、４８を発火させ、これにより、発火装置の爆薬粒４６を使い切る。 発火装置ケース４０は、アルミニウム、またはアルミニウム合金で出来たもの であることが好ましい。しかしながら、当業者に明らかであるように、発火中に 容易に消費されるその他の同等の組成物、例えば、マグネシウム、または鋼のよ うな材料を使用することが出来る。 所定位置にあるとき、発火装置閉鎖体４２が前方ポーラボス２０と協働して、 パルス２の発火装置爆薬粒５６を保持する円環状チャンバ５４を画成する。パル ス２の発火装置爆薬粒５６からの発火ガスが円環状チャンバ５４から圧力容器１ ２の内部に流れるのを許容する一つまたは二つ以上のノズルポート５８が設けら れている。これらのノズルポート５８は、長さの短いケイ素−フェノール系材料 で出来ていることが好ましい。 より具体的には、例えば、爆管、またはTBIでパルス２の爆薬粒５６を発火さ せたとき、高温のガスは、円環状チャンバ５４からノズルポート５８を通って流 れて、爆薬粒支持体３０に衝突して、その支持体を溶融させる。この過程中、ガ スはパルス２の推進爆薬粒５６を発火させて、バリヤ絶縁体３２を破断し、モー タの第二のパルスを開始させる。 モータ発火装置組立体は、一つまたは二つ以上のパルス１の圧力ポート６０と 、一つまたは二つ以上のパルス２の圧力ポート６２とを備えることが好ましく、 発 火過程中に発生された圧力を該パルス２の圧力ポート６２を通じて測定すること ができる。 以下に、図４に関して上述した本発明の製造方法について説明する。先ず、前 方絶縁体２８、バリア絶縁体３２、及び後部絶縁体３３を製造する。その後に、 前方絶縁体２８をパルス２の爆薬粒の成形装置６４内に配置し、前方絶縁体２８ の中央喉部分の周りに爆薬粒支持体３０を取り付け、パルス２の爆薬粒２６を真 空下で鋳造し、パルス２の爆薬領域から全ての空気を除去し、バリヤ絶縁体３２ がその適正な形状に押し出されることを確実にする。次に、パルス２の爆薬粒２ ６を圧力硬化させる。 パルス２の爆薬粒２６が硬化したならば、パルス２の爆薬粒の成形装置６４か ら蓋６６を除去して、パルス２の爆薬粒２６及び前方絶縁体２８にバリヤ絶縁体 ３２を取り付け、前方絶縁体２８を切り取る。次に、後部絶縁体３３をバリヤ絶 縁体３２に取り付け、図５に図示するように、パルス１の爆薬粒の鋳造装置６８ をパルス２の爆薬粒の鋳造装置６４に取り付ける。最後に、パルス１の爆薬粒２ ４を注入し、爆薬粒組立体が形成されるように硬化させる。 この工程にて絶縁体２８、３２、３３が使用される前に、その各々の内面に接 着性ライナーを被覆する。このライナーは、推進爆薬粒２４、２６と同一の結合 剤を使用し、また、該ライナーは、カーボンブラックフィラーを含むことが好ま しい。前方絶縁体２８及び後部絶縁体３３の外側に12.5ミルの厚さでライナーを ２回被覆した後、ライナーを硬化させ、イソフォロン・ジイソシアネード（IPDI ）の洗浄被覆剤で被覆し、接合線の強度を増す。 爆薬粒組立体が形成されたならば、黒鉛繊維（鋼等のような十分に大きい引張 り強度を有するその他の任意の繊維）を爆薬粒組立体の周りに巻き付け、エポキ シ樹脂で被覆し、圧力容器１２が形成されるように硬化させる。ポーラボス２０ 、２２、スカート部１４、モータ発火装置組立体３６及びTVCノズル３８を圧力 容器１２に取り付ける。 本発明の幾つかの好適な実施の形態について図示し且つ説明したが、本発明の 原理及び精神から逸脱せずに、こうした実施の形態は変更が可能であることが当 業者には、理解されよう。本発明の範囲は、請求の範囲の記載により限定される ものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ネヴリンシーン，アンドリュー・ジー アメリカ合衆国ペンシルバニア州19363, オックスフォード，シェアウッド・ドライ ブ 18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固体推進薬の二相モータにして、 推進薬材料を解放する後方開口部を有する圧力容器と、 該圧力容器の後方部分に配置された第一のパルス爆薬粒と、 前記圧力容器の前方部分に配置された第二のパルス爆薬粒と、 前記第一のパルス爆薬粒及び前記第二のパルス爆薬粒を選択的に発火させ得る ように前記圧力容器の前記前方部分内に配置された発火装置手段とを備えること を特徴とするモータ。 ２．請求項１に記載のモータにして、前記発火装置手段が、 前記第一のパルス爆薬粒寄りの位置に配置された第一のパルス発火装置と、 前記第二のパルス爆薬粒寄りの位置に配置された第二のパルス発火装置とを備 えることを特徴とするモータ。 ３．請求項２に記載のモータにして、前記第一のパルス発火装置が、 ケーシングと、 前記第一のパルス爆薬粒を発火させ且つ前記ケーシングを燃焼させる第一の発 火爆薬粒手段とを備えることを特徴とするモータ。 ４．請求項３に記載のモータにして、前記第一の発火爆薬粒手段が、 少なくとも一つの主たる第一の発火装置爆薬粒と、 前記第一の着火装置爆薬粒のブースタとを備えることを特徴とするモータ。 ５．請求項３に記載のモータにして、前記第一の発火爆薬粒手段が、 少なくとも一つの発火装置爆薬粒と、 少なくとも一つの発火ペレットと、 前記少なくとも一つの発火ペレットと前記少なくとも一つの発火装置爆薬粒と を仕切るスクリーンとを備えることを特徴とするモータ。 ６．請求項３に記載のモータにして、前記ケーシングが、アルミニウム、鋼及 びマグネシウムから成る群から選択された材料で出来ていることを特徴とするモ ータ。 ７．請求項６に記載のモータにして、前記ケーシングがアルミニウムで出来て いることを特徴とするモータ。 ８．請求項２に記載のモータにして、前記第二のパルス発火装置が、 発火装置の閉鎖体であって、発火装置のチャンバを画成するように配置された 円環状面を有する前記発火装置閉鎖体と、 前記第二のパルス爆薬粒を発火させる第二の発火爆薬粒手段とを備えることを 特徴とするモータ。 ９．請求項８に記載のモータにして、前記発火装置閉鎖体が、前記発火装置チ ャンバから前記第二のパルス爆薬粒までの経路を提供する少なくとも一つのノズ ルポートを備えることを特徴とするモータ。 １０．請求項８に記載のモータにして、前記第二の発火爆薬粒手段が、前記第二 のパルス爆薬粒を高温ガスで発火させることを特徴とするモータ。 １１．請求項８に記載のモータにして、 前記第二のパルス爆薬粒を支持する爆薬粒支持体を更に備え、 前記第二の発火爆薬粒手段が、前記第二のパルス爆薬粒が発火されたとき、前 記爆薬粒支持体を溶融させることを特徴とするモータ。 １２．請求項２に記載のモータにして、前記発火装置手段が、 前記第一の発火装置の圧力を検出し得るように該第一の発火装置に接続された 少なくとも一つの第一の発火装置圧力ポート手段と、 前記第二の発火装置の圧力を検出し得るように該第二の発火装置に接続された 少なくとも一つの第二の発火装置圧力ポート手段とを更に備えることを特徴とす るモータ。 １３．固体推進薬の二相モータにして、 推進薬材料を解放する後方開口部を有する圧力容器と、 該圧力容器の後方部分に配置された第一のパルス爆薬粒と、 前記圧力容器の前方部分に配置された第二のパルス爆薬粒とを備え、前記第一 及び第二のパルス爆薬粒の各々が、協働して発火キャビティを画成する面を有し 、 前記第一のパルス爆薬粒及び前記第二のパルス爆薬粒を選択的に発火させ得る ように前記発火キャビティ内に配置された発火装置手段を備えることを特徴とす るモータ。 １４．請求項１３に記載のモータにして、前記発火装置手段が、 前記第一のパルス爆薬粒寄りの位置に配置された第一のパルス発火装置と、 前記第二のパルス爆薬粒寄りの位置に配置された第二のパルス発火装置とを備 えることを特徴とするモータ。 １５．請求項１３に記載のモータにして、 前記第一の爆薬粒が前記圧力容器の前記前方部分に向けて突出する中央部分を 備え、 前記第二の爆薬粒が前記第一の爆薬粒の前記中央部分を受け入れる中央凹所を 備えることを特徴とするモータ。 １６．請求項１５に記載のモータにして、前記発火装置手段が、 前記発火キャビティの一部分内に配置された第一のパルス発火装置と、 前記凹所の前方方向に向けて前記第二のパルス爆薬粒寄りの位置に配置された 第二のパルス発火装置とを備えることを特徴とするモータ。 １７．固体推進薬の二相モータの製造方法にして、 第二のパルス爆薬粒を前方絶縁体内で鋳造するステップと、 前記第二のパルス爆薬粒を硬化させるステップと、 バリヤ絶縁体を前記第二のパルス爆薬粒に結合するステップと、 後部絶縁体を前記バリヤ絶縁体に結合するステップと、 爆薬粒組立体を形成し得るように第一のパルス爆薬粒を鋳造するステップとを 備えることを特徴とする製造方法。 １８．請求項１７に記載の方法にして、前記第二のパルス爆薬粒の鋳造ステップ が爆薬粒の支持体を前記前方絶縁体の中央前方部分内に配置するステップを含む ことを特徴とする方法。 １９．請求項１７に記載の方法にして、前記第二のパルス爆薬粒の鋳造ステップ が前記第二の爆薬粒を真空圧下で鋳造するステップを含むことを特徴とする方法 。 ２０．請求項１７に記載の方法にして、前記バリヤ絶縁体の結合ステップが前記 前方絶縁体を切り取るステップを含むことを特徴とする方法。 ２１．請求項１７に記載の方法にして、 前記爆薬粒の組立体の周りにフィラメントを巻き付けるステップと、 前記フィラメントを樹脂で被覆するステップと、 前記樹脂を硬化させて圧力容器を形成するステップとを更に含むことを特徴と する方法。 ２２．請求項２１に記載の方法にして、前記フィラメントが黒鉛及び鋼から成る 群からの材料で出来ていることを特徴とする方法。 ２３．請求項２２に記載の方法にして、前記フィラメントが黒鉛フィラメントで あることを特徴とする方法。 ２４．請求項２１に記載の方法にして、 前記絶縁体の少なくとも一方の内面をライナーで被覆するステップと、 前記ライナーを硬化させるステップとを更に含むことを特徴とする方法。 ２５．請求項２４に記載の方法にして、 前記硬化したライナーに洗浄被覆を施すステップを更に含むことを特徴とする 方法。