JPS58128443A - 直填式固体ロケツトモ−タの推進薬装填方法 - Google Patents

直填式固体ロケツトモ−タの推進薬装填方法

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JPS58128443A
JPS58128443A JP1204382A JP1204382A JPS58128443A JP S58128443 A JPS58128443 A JP S58128443A JP 1204382 A JP1204382 A JP 1204382A JP 1204382 A JP1204382 A JP 1204382A JP S58128443 A JPS58128443 A JP S58128443A
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JP
Japan
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propellant
slurry
motor
motor chamber
chamber
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JP1204382A
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JPS6142098B2 (ja
Inventor
Takashi Arai
荒井 敬司
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/24Charging rocket engines with solid propellants; Methods or apparatus specially adapted for working solid propellant charges

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は直積式固体ロケットモータ、殊に推進薬の充
填率を高めた当該ロケットモータの推進薬装填方法に関
するものである。
直積式固体ロケットモータとは、金属、繊維強化プラス
チック(FRP)等を用いて例えば円筒形に成形したモ
ータセルの内面に耐熱ゴムなどのライニングを施こして
なるモータチャンバの該ライニング内面に通常プライマ
(接着剤)を塗布し、これに混線を了えた推進薬スラリ
を直接注填(直積)したのち、所定の温度(硬化温度、
通常50〜70℃)雰囲気中に所定時間(硬化時間)置
いて推進薬スラリを硬化させ、この過程において硬化し
た推進薬(推進薬グレイン)を前記プライマを介してモ
ータチャンバに接着固定することにより該推進薬を装填
したもので、この場合例えば、 ムIムム」)p e r−=”Ji智80−1270に
示されているように、前記温度雰囲気を所定の圧力(硬
化圧力)下に保持することもあり、この圧力印加によシ
固体推進薬の密度を高めうる。直積式固体ロケットモー
タ、は、推進薬グレインとモータチャンバとの間に前記
のライニング層を介在させるだけで推進薬を装填できる
のでそれ自体で該推進薬の充填率(ロケットモータ全重
量または容積に対する推進薬の重量または容積の船台)
を高めうるものであるが、近時、例えば多段ロケ二′ト
における上段用ロケットモ−タとして充填率を更に高め
るべく、推進薬グレインの内孔径を極限まで縮小するよ
うな設計が試みられている。
ところで、このような推進薬の高充填ロケットモータは
極寒冷地における使用、ある、いは太陽に対し地球の裏
側軌道を運行するような場合を具現して低温環境試験を
おこなうと、前記の内孔内面にクラックが発生するとい
う問題が生じ、これが設計の制約条件となって所望の充
填率が得られないのが実状である。
前記問題の原因を解析すると次の如くである。第1図は
推進薬のif履歴の一例を示すもので、Tcは前記硬化
温度(60’C)、IF(cは前記硬化時間でこの硬化
時間を経て硬化した推進薬は冷却期間(Ho−He)を
置いて室温To(20℃)まで徐冷され、以後は環境温
度の変化に追随してゆく。したがって環境温度Taが例
えば=40°Cになると装填時(、Hc)との温度差は
100℃ということになり、推進薬グレインは前述した
ようにその外周をライニングを介してモータチャンバに
固着されたfま前記の温度差を受ける。ここで、モータ
セルはこれに要求すれる強度、剛性等から前述したよう
な材料を用いて作らざるを得す、この場合金属材料の熱
膨張係数は(1〜2)XIO”/”C1FRP(7)そ
れは(5〜6 ) X 10’ /’Cであるのに対し
、推進薬グレインの熱膨張係数は一般に(1〜3)X 
1 ()’ / ℃であってモータセルの材料に対して
一桁大きい。
したがって環境温度が低下すると推進薬グレインは外周
をモータセルに拘束されたままこれと相対的に収縮しよ
うとし、結果、推進薬グレインには引張応力としての熱
応力が生じ、これが前記内孔径の拡大という呉象であら
れれる。
この熱応力(σ)は次q口)式で表わされる。
σ=A−Ep(αC−αp)ITa−Te)=川(1)
ここに、Aは比例定数、Epは推進薬グレインの縦弾性
率、αCはモータセルの熱膨張係数、αpは推進薬グレ
インの熱膨張係数、Taは前記環境温度、Tcは前記硬
化温度。
したがって、熱応力は推進薬温度の変化音(Ta−Tc
)に比例する。
尚、熱応力の最大値はモータチャンバのエンドエフェク
トが小さい長手方向中央部に存在する。
第2図は熱応力σを3成分に分解してその分布の態様を
示したものである。同図において(1)はモータチャン
バ、(2)および(3)はそれぞれモータチャンバのセ
ルおよびライニング、(4)は内面燃焼型推進薬グレイ
ン、(4a)はその内孔であり、またσθ1.およびσ
rおよびC2はそれぞれ内孔(4a)の接線方向、推進
薬グレイン(4)の半径方向および同長手方向(紙面に
垂直な方向)の熱応力成分である。
図面から読み取れるように、σθm分 に比して大きな値を示すとともに内孔(4a)に近づく
に従い増加率を増して内孔内面において最大となるほか
、内孔(4a)の径が縮小される程、すなわちウェッブ
Wが増加する程この最大値が増々大きくなる。したがっ
て内孔径を縮小してウェッブWを増加させた前記高充填
ロケットモータでは成分σθにもとづく引張応力が増大
してこれがクラック発生の原因を作るのである。
尚σθは推進薬グレイン(4)外面とライニング(3)
内面の間の接着力に抗してこれら両者を剥離させるよう
に作用し、その値はグレイン外面すなわち接着面で最大
となシ、この最大値もウェッブWの増加に伴ない増大す
る。
以上の考察にもとすき本発明は、前述したような推進薬
高充填装填式固体ロケットモータにおいて環境温度が低
下してもクラックが発生しないようにすることを目的と
して以下のような構成としたものである。
すなわち、前述した推進薬の装填工程においてモータチ
ャンバに推進薬スラリを装填して加温雰囲気中で硬化さ
せるに際し、推進薬スラリを装填したのちモータチャン
バを密閉し、この密閉したモータチャンバ内に圧力流体
を送入し、この圧力流体を推進薬スラリの硬化後に排除
するものである。
斜上の構成によれば、送入した圧力流体は当初未硬化の
流動性に富む推進薬スラリを媒体としてモータチャンバ
に均等な内田力を及ぼす結果、該モータチャンバは半径
方向に拡径する。
そしてこの直径の増加率はエンドエフェクトの小さい中
央部根太きくなり、この状態で推進薬スラリは硬化する
。この硬化が完了したならば、圧力流体を適宜に排除す
ることにより前記内田力が除かれるので、室温まで徐冷
されたところ1でモータチャンバはほぼ原径にまで縮径
する。
よって推進薬グレインはモータチャンバ内面によシ外方
から圧迫されて縮少するので、ここに圧縮応力としての
機械的応力が生じて以後はこの応力が残留し、これが内
孔の自由内面直径の縮小という現象であられれる。すな
わち、この圧縮応力は前記引張熱応力に対抗する形で生
じ、かつ、前述した内田力によるモーターチャンバの拡
径状態から明らかなよう匹この圧縮応力は推進薬グレイ
ンの長手方向中央部にゆくにつれ漸増するので、その分
布の態様も熱応力のそれと相似する。
よって本発明によれば、環境温度が低下して熱応力が生
じても、これが機械的応力によって相殺ないしは減殺さ
れるので、クラックの発生を抑止しうるのである。
尚、圧力流体の圧力は、これによりモータチャンバ、殊
にモータセルを拡径させるに際しこれをセル材料の弾性
限界内でおこなわせるべく設定することは言うまでもな
い。
また、圧力流体としては化学的に安定であり、かつ、推
進薬に影響を及ぼさないものならば任意のものを使用す
ることができ、例えば窒素、不活性ガス等の気体、ある
いは水などの液体が用いられる。
次に本発明の1実施例を試験装置とともに説明する。
第3図において、(1)は供試用のモータチャンバU!
(2)および(3)はそれぞれモータチャンバを構成す
るモータセルおよびモータセルに[iしたライニング、
(6)はモータセラ(2)の底面を閉塞するボトンプレ
ート、(71はボトンプレートに形成したスラリ注填口
、(5)はこの注填口を閉塞すル蓋、(8)ハホトンプ
レートの中央部に立設した内孔成形用の円柱形中子、(
9)はモータセル(2)の上面に連設した短筒状のエキ
ステンション、0〔およびαDはそれぞれモータセル(
2)とボトンプレート(6)オヨヒエキステンション(
9)トの間ヲシールする“O”リング、tL21ハエキ
ステンション(9)の上面を閉塞するヘッドカッく一1
負3はこのヘット。
カバー(121に取付けたホースコネクタ、■は安全弁
で、ホースコネクタ(131に接続したホース(151
を必要な弁装置、調圧器等を介して圧力流体の供給源に
接続する。ま、to61はゴム等の可撓性に富む材料で
作ったダイアフラムで、ヘッドカッ(−12とエクステ
ンショ/(9)との間に介在させである。このダイアフ
ラム(毒は推進薬スラリを圧力流体から遮断するもので
、圧力流体として気体を用いる場合は必ずしも必要とし
ない。
以上の構成に係る供試体の各部の詳細は次の如くである
供試モータチャンバ1 モータセル2 材質 アルミニウム合金 A2014 外径D  200g 厚さtr2fml 長さL1250WII ライニング3 材質 アスベスト繊維入ジイソプレンゴム厚さjt31
nl ボトンプレート6 材質 モータセルと同じ 中子8 材質 モータセルと同じ 直径 40ff エキステンション9 材質 モータセルと同じ 内径 196M 長さI4200MI ダイアフラム25 材質 プチルゴム 厚さt、  2,5WII 圧力流体源 窒素ガスボンベ 供試推進薬 バインダ HTPB(末端に水酸基をもつポリブタジェ
ン)   12重量% 固体燃料 アルミニウム粉末 20重量%酸化剤  過
塩素酸アンモニウム 68重量%次に装填の手順を説明
する。前記構成に係る供試体を2a(A、B但し供試B
のへッドカパ−12は単なる盲蓋とした)用意して60
°Cに調温した1つの恒温槽内に置き、別途60’Cに
調温した推進薬スラリを装填口(7)から常法により一
杯に装填したのち蓋(5)を締結して密閉した、これら
の供試体A、Bを前記恒温室にタテ置きにセットし、次
いで供試体AにはIOK<If/ld g K調圧した
窒素ガスをコネクタ(131を介し送入してモーターチ
ャンバ(i)を拡径させ、この径の変化をモータセル(
2)の中央部外周面に貼着したストレンゲージαηを用
いて確認しつつ次工程を進めた。
該工程は次の如くである。
硬化 硬化温度([温槽内の雰囲気温度) 60℃硬化時間 
168Hr 恒温槽内圧力 大気圧 徐冷 冷却速度0.5°C/Hrで60°Cから室温(20°
C)まで徐冷 窒素ガス排除 徐冷後窒素ガス送入系の弁を開き、熱衝撃を与えない程
度の速度で大気圧まで減圧仕上 供試体A、Bを取出し、ボ・トンプレート(6)、中子
(8)、エキステンション(9)などを取外し、エキス
テンション(9)K内包された押1部を切除し、モータ
チャンバ(1)および推進薬グレイン(4)から□なる
試料A、Bを作製次いで 前記試料A、B・を−緒に別
の恒温槽に入れて低温環境試験をおこなった。この環境
試験は恒温槽内温度を段階的に下げるとともに各温度を
所要時間保持して、この保持期間の終期に内孔の長手方
向中央部における直径を内パスを用いて測定し、この測
定値から内孔自由内面の接線型を算出して評価したもの
である。
恒温槽内の環境温度および保持時間を表1に示し、また
接線型の変化を第4図に示す。
表1 尚、表1に9.キがあるのは作業の都 S!合によるも
ので評価には影響がない。
また接線型εθは(1)式と同様の理論にょシεθ=σ
θ/Ep =B(αp−αc ) (Ta −’:I’o)−−(
2)       4= K (Ta −To)   
  川・=(2jB、には常数 Toは室温 で表わされるが、前記の算出には次の実験式を用いた εθ=1  ・・・・・・(3) 但し、aは室温(22℃)における内孔自由内面の半径 Uは内孔自由内面の半径方向への変位 即ち(測定内孔径/ 2 ) −a 第4図のグラフは直線性を有することから実験式(3)
は理論式(2)によく合致することを示し。
このグラフから(2)式の常数Bを求めてその理論式を
以後の装填方案の作成に供することができる。
fJ4図から、例えば前記設例(第1図)の環境温度(
−40℃)において接線型εθ、したがって資う、ツバ
り発生の原因となる前記接線方向応力σθけ約25優軽
減されたことKなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は推進薬の温度履歴の一例を示すグラフ、第2図
は熱応力を3成分に分解してその4訳 装置とともに示す断面図、第4図は推進薬グレインの内
孔自由内面の接線型の測定結果を示す  12!Dグラ
フである。                   0
(1)・・・モータチャンバ (4)・・・推進薬グレイン            
 1−4゜(7)・・・スラリー注填口 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人 弁理士 有 我 軍 −部 第2因 手続補正書(自船 !、事件の表示 特願昭57−12043号 2、発明の名称 直載式固体ロケット千−夕の推進薬装填方法3、補正を
する者 事件との関係  特許出願人 住 所  神奈川県横浜市神奈用区宝町2番地名 称 
 (399)  日産自動車株式会社4、代理人〒15
1 住 所  東京都渋谷区代々木2丁目6番9号5、補正
の対象 明細書の「発明の詳細な説明」・の欄 (11明細書第6頁第4行に「尚σθは」とあるを、「
尚σrは」と補正する。 (2)  同第14頁第3行に1次の実験式を」とある
を、「次の理論式を」と補正する。 以  上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 推進薬の装填工程中モータチャンバに推進薬スラリを直
    積して加温雰囲気中で硬化させるに際し、推進薬スラリ
    を直積したのちモータチャンバを密閉し、この密閉した
    モータチャンバ内に圧力流体を送入し、この圧力流体を
    推進薬スラリの硬化後に排除することを特徴とする直積
    式固体ロケットモータの推進薬装填方法。
JP1204382A 1982-01-28 1982-01-28 直填式固体ロケツトモ−タの推進薬装填方法 Granted JPS58128443A (ja)

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JP1204382A JPS58128443A (ja) 1982-01-28 1982-01-28 直填式固体ロケツトモ−タの推進薬装填方法

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JPS6142098B2 JPS6142098B2 (ja) 1986-09-19

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2566461A1 (fr) * 1984-06-26 1985-12-27 Messerschmitt Boelkow Blohm Procede de fixation de la charge propulsive a combustion frontale d'un propulseur-fusee a propergol solide
JP2006044976A (ja) * 2004-08-03 2006-02-16 Ihi Aerospace Co Ltd 固体ロケットモータ用推進薬の製造装置及び製造方法
CN113738536A (zh) * 2021-08-27 2021-12-03 北京航天动力研究所 一种一体式承力均流顶盖装置

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