JPS5844518B2 - ロケツトの外殻体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複合材料で構成され飛翔性能を著しく向上させ
たロケットの外殻体に関するものである。

従来、ロケット外殻体に使用される材料はロケットに要
求される軽量、気密、かつ十分な強度を満足させるため
に高抗張力鋼、チタン、アルミニウム系合金及びマグネ
シウム系合金等が用いられる。

これらの材料により製作されるロケット外殻体は重量の
軽減あるいはロケット推進薬との質量比を高めるために
耐圧強度を考慮して肉厚を１ミリ程度までに薄くするこ
とが出来るが、反面、製作上高度な技術を要し、高価で
ありかつ量産に適していなかった。

又、軽量かつ量産に適するロケット外殻体を目的として
、金属薄板を接着剤を用いて円筒状に巻いたもの、或は
高抗張力フィラメントを接着剤を用いて円筒状に巻いた
ものが提案されている。

しかし乍ら前者は低密度で且高抗張力を有する金属薄板
が得られなかったため、外殻体として十分な抗張力を得
るためには積層数が増し、従って重量増大となること、
後者は高抗張力低密度であるが気密性が十分でないこと
等の欠点を示し、ロケットとして十分な性能が得られな
かった。

本発明者等は叙上の諸点に鑑み、種々研究の結果、特開
昭５１−２２００号公報及び特開昭５１−８３４００号
公報に開示される如き、高抗張力金属薄板を燃焼性接着
剤で積層して得るロケット外殻体を基礎として、高抗張
力金属薄板と高抗張力フィラメントを併用し接着剤を用
いて積属したものは低密度高抗張力でロケットの性能を
著しく向上させるロケット外殻体になり得ることを見出
し、本発明に達したもので、本発明のロケット外殻体は
通常のロケットの燃焼圧力（２０〜１００ｋｇ／ｆｆ１
）に十分に耐え得る強度を有し気密性に富み、かつ著し
く軽量である。

本発明の外殻体の如き複合材料による構成物において、
強度素材が複数となる場合、各々の物理的性質、例えば
伸度、弾性率等ができるだけ近いことが望ましい。

即ちこれらの性質に大きな差異があれば力が加わった時
最も伸度の小さい素材のみに集中的に応力が生じ、複合
材料による構成物全体としての強度を発揮することがで
きないので素材を選択する上で十分に考慮する必要があ
る。

本発明においては外殻体の強度素材は高抗張力金属薄板
（以下金属薄板と称する）及び高抗張力フィラメント（
以下フィラメントと称する）であるが、それぞれ前者は
通常ロケット外殻体に用いられる鉄基高抗張力鋼及び析
出硬化型高抗張力鋼等の高抗張力鋼、及びチタン合金等
が用いられ、後者は各種のガラス繊維、炭素繊維、有機
繊維並びに金属繊維等が用いられるが、特にフィラメン
トとして２５０ Ｊ／ｍａ以上の抗張力を有するアラミ
ツド繊維の如き有機繊維、炭素繊維或はピアノ線を用い
ることは複合材料による構成物全体の強度を高める上で
著しく有利である。

本発明に用いる接着剤はエポキシ樹脂、ポリウレタン樹
脂或はフェノール樹脂等有機接着剤より成り、これらは
強度素材とは見做し得ないが、接着性及び耐熱性の良好
な組成で用いられる。

本発明の有利な第１の点は、比強度（強度を比重で除し
た値）の大きな事即ち強度が高くかつ軽量である事があ
げられる。

即ち、ロケットの飛翔性能において外殻体の重量は最も
大きい影響をり−える誠素の■つであり、成るモデルロ
ケットについて同一の推力一時間関係の下にロケットの
到達高度と密度との関係を計算すると概略第１図の如く
なる。

こ虱で曲線の両端はそれぞれに１：ケブラーＦＲＰ体及
び２：鋼薄板単体を用いた場合であり、中間は両者の組
合せにより得られる値を示す。

又同一材料の外殻体において肉厚を変えた場合の到達高
度との関係を計算すると第２図の如くになる。

従来のロケット外殻体素材の抗張力は最大２００ ｋｇ
／ｍｙ？を程度であり、比強度は２．４７Ｘ１０６σ程
度である。

−力木発明のロケット外殻体は後述の実施例より明らか
な如く抗張力ｉ ８０ ｋｇ／ｍｍ以にを示し比強度は
４．３８ Ｘ １０６ｃｍ以上を示した。

又、抗張力を従来の高抗張力鋼製ロケット外殻体（抗張
力２００ ｋｇ／ｙｎａ、肉厚０．６８ｍｍ）に一致さ
せることは容易であり、更に本発明のロケット外殻体を
使用すれば外殻体の密度が低いことからロケットの飛翔
性能は更に向上することが判明したが、その計算例を第
３図に示す。

本発明の有利な第２の点は、ロケット外殻体が複合材料
で構成されているにもカバわらず、気密性の良好なこと
である。

一般に強度素材としてフィラメントを使用し樹脂で成形
した薄肉耐圧容器等は、強度は高いが気密性が悪く耐圧
容器には適していない。

しかしながら本発明のロケット外殻体は強度素材に高抗
張力鋼薄板を使用しているため十分な気密性を示し、水
圧破壊試験においても途中水もれすることがない。

本発明の有利な第３の点は極めて量産に適していること
である。

即ち叙上の構成素材を用いてロケット外殻体に積層する
には所要層数の金属薄板のみを接着剤を用いて巻き付は
積層したものに更にその上に接着剤を含浸したフィラメ
ントを巻き付けるか、或いは金属薄板とフィラメントを
交互に積層し、所要の強度を有する積層体とすればよく
、高度の技術を要する熔接とか機械加工を何等要しない
。

金属薄板の巻き方は、目的とするロケット外殻体の長さ
が金属薄板の「４ｊ以ドであればそのまま直角に巻き付
ける。

しかしながら外殻体の長さが金属薄板の巾を越える場合
にはそのままスパイラル状に巻くか、或は−且金属薄板
を外殻体の長さに切断し、更に熔接あるいは接着により
所要・４゛法のものを作成し巻き付ければ良い。

金属薄板とフィラメントの積層比率は、気密性を保持す
るために金属薄板は少くとも１層をロケット外殻体の最
内面に巻く必要がある他は目的の強度に応じて自由に選
択できる。

フィラメントの巻き方は直交もしくはらせん巻舌フィラ
メントワインディング法で用いられる方法を利用するこ
とができ製作は容易であり且安価である。

本発明によるロケット外殻体の一例として、軸方向に対
し直角方向の積層断面の一部を第４図に示す。

第４図において１はフィラメント層、２は金属薄板層を
夫々示す。

又３は外殻体の中心軸を示す。これと比較して従来のロ
ケット外殻体の場合高抗張力鋼で肉厚Ｉｍｍ程度に製作
するためには高度の技術を安し極めて高価なものとなる
。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ 厚み５０μの高抗張力鋼薄板（ＫＭＳ １ｓ２０、抗張
力２００に９／−→をエポキシ樹脂（エポン８２８）に
て３層連続積層した円筒にエポキシ樹脂（エポン８２８
）を含浸させたアラミツド繊維（Ｋｅｖｌａｒ−４９，
Ｔ９６９，４５６０デニール、フィラメント数３０７２
本）を１０ｍｍ当り８巻きの割合で３層連続積層したも
のを１２０℃にて２４時間硬化した。

得られた円筒の内径は１３５關であり、肉厚は０．７０
ｍπであった。

又密度は４．７ｇ／−であった。

これから約１０１ｎ１１Ｌ巾のリングを切り出し、イン
ストロンタイプの引張試験器（島津製作所）で引張試験
を実施したところ抗張力１９５．６１ｙ／ｍｉを得た。

実施例 ２ 実施例１と同様の円筒を製作し、水圧試験を実施した。

この時円筒の寸法は内径１３５ ｍｍ、、肉厚０、６９
ｍｍ、長さ２５０關であり、試験の結果内圧１９２ｋ
ｇ／ｉにて破壊した。

又、破壊するまで水もれしなかった。

【図面の簡単な説明】

図面はロケット飛翔体の最高到達高度についての計算例
を示したもので、第１図は外殻体の厚さく以下肉厚と称
する）■關の場合の外殻体の密度（以下密度と称する）
との関係を示し、第２図は密度８．１ ｊｊ ／ｃｙｉ
ｔ、の場合の肉厚との関係を示し、また第３図は密度が
夫々４．７及び８．１ｇ／−の場合についての肉厚との
関係を示すグラフであり、又第４図は本発明のロケット
外殻体の積層断面の一例を夫々示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高抗張力金属薄板を接着剤を用いて複数回巻き重ね
   て得られる円筒の外表面上に更に高抗張力フィラメント
   を接着剤を用い巻き重ねてなることを特徴とするロケッ
   ト外殻体。 ２ 高抗張力金属薄板の厚さが０．０２ｍｍから１．０
   順である特許請求の範囲第１項記載のロケット外殻体。 ３ 高抗張力金属薄板の材質が鉄基高抗張力鋼、析出硬
   化型高抗張力鋼又はチタン合金である特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載のロケット外殻体。 ４ 接着剤がポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂又はフェ
   ノール樹脂である特許請求の範囲第１項記載のロケット
   外殻体。 ５ 高抗張力フィラメントがアラミツド繊維、炭素繊維
   、ガラス繊維及び或はピアノ線である特許請求の範囲第
   １項記載のロケット外殻体。