JPS61241449A - 燃焼試験用ロケツトモ−タ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、固体ロケット推進薬の開発等に際し、当該推
進薬のグレインを装填して台上燃焼試験に供するロケッ
トモータに関する。

（従来の技術） 固体ロケット推進薬（以下推進薬という）の開発等に際
しては、該推進薬のテストピースによる物性試験や燃焼
試験がくり返えされるほか、当該推進薬のグレインを試
験用モータに実装して台上燃焼試験をおこない、その結
果によυ性能評価をしたシ、あるいはその推進薬に固有
な特性値を決定する。

上記台上燃焼試験の項目中、圧力指数ｎの決定手順を例
にとって説明すれば、 Ｗｂ　＝　ａＰｎ　・・・・・・（１）Ｐ：燃焼圧力（
ロケットモータの内圧）　ｋｔ／ｃｄｖｂ：上記燃焼圧
力Ｐ下での燃焼速度■／　ｓ　ｅ　ｃ゛ａ：その推進薬
に固有の定数 ｎ：その推進薬に固有の圧力指数 （１）式の両辺の対数をとって変形するとＪｎＶｂ　ｓ
ｅ　Ｊｎａ　＋　ｎ　・ＪｎＰ　＝　・・・（２１燃焼
試験では多数の試験用ロケットモータを用意して各々異
る燃焼圧力Ｐのもとて燃焼速度■を計測したのち、それ
らのデータを上記（２）式に当てはめて最小２乗法等に
よシ上記定数ａと圧力指数ｎとを決定する。

第７図は標準形の試験用ロケットモータを示し九もので
ある。

同図において、１は前端を閉塞した筒形のモータケース
、２はこのモータケースの後端部に螺装したケースクロ
ージャ、３はこのケースクロージャに内嵌したノズルで
あって、ノズル３はグラファイトなどの耐熱耐食性材料
で作られている。４はモータケース１に装填し九推進薬
グレイン、５はこの推進薬グレインの軸心と同心に形成
し丸断面円形の内孔、６は推進薬グレイン４の外周を被
覆するグレインインシュレータ、７．８および９はそれ
ぞれグレインインシュレータ６の前がわ、および後がわ
くあってモータケース１の内面に貼着し九°ケースイン
シュレータ、１０はケースクロージャ２の内端面に貼着
したクロージャインシュレータで、これらのインシュレ
ータ６ないし１０はそれぞれ耐熱ゴムなどを用いて作ら
れている。また１１は前記燃焼圧力Ｐを圧力ビックアン
プ（図示省略）へ導くための導圧孔、１２はセルロイド
などの易燃ケースを用いて構成した点火器である。

試験用−ケラ；・モータは以上の構成に係シ、点火器１
２を発火させて推進薬グレイン４の内孔内面５ｍ（初期
燃焼内面）および両端面４ａ。

４ｂ（初期燃焼端面）に点火すると、その後燃焼の進行
に伴ってこれらの初期燃焼面５ａ　、　４ｍ　。

４ｂがそれぞれ平行に後退してゆく。よって内孔５が次
第に拡径する一部該内孔は両端から縮少されてくるので
全燃焼面積がほぼ一定に保たれる。すなわち燃焼ガス発
生量、したがって燃焼圧力Ｐ、Ｌ危がってまた燃焼速度
がかほぼ一定値を保持して推移する。この場合燃焼圧力
Ｐはノズル３のスロート面積Ａｔを適宜に変更すること
Ｋより複数の値に設定しうる。ここで前記燃焼速度■は Ｖｂ＝＝Ｗ／を 但しＷは推進薬グレイン４の薬厚（ウエツプ）、鰭、ｔ
は該グレインの全燃焼時間８ｅｅである。

（問題点） ところで、かかる試験用ロケットモータを用いて燃焼試
験をおこなう場合、その準備を含めて多大な時間と工数
とを要し、これが推進薬開発過程での大きなネックとな
っていた。

何故ならば、例えば前記圧力指数の決定に当ってその正
確さを期そうとすれば数多くの圧力条件下でのデータが
必要となってそのための供試モータ製作数や試験回数が
多大なものとなるからである。

そこで本発明の課題は、少数の試験用ロケットモータに
よっても多くの試験データを精度よく得られるようにす
る点にある。

（本発明の手段） 前記課題を解決した本発明の手段は、推進薬グレインを
複数の部分から形成し、これらの部分が遂次段階的に焼
失するよう、かつ、燃焼の進行中各部分の燃焼面積がそ
れぞれほぼ等値をもって推移するように、該各部分にお
ける初期燃焼面の形態とウエツプ寸法との関係を定めた
ものである。

（作用） 前記手段によれば、推進薬グレインの部分、部分が遂次
焼失する都度、轟該部分からの燃焼ガスの発生が停止し
、かつ、燃焼の進行中は各部分の燃焼面積がほぼ等値に
保たれるので、１つの試験用ロケット七−タ内において
、すなわち前記ノズルスロート面積が一定の条件下にお
いて、燃焼圧力が段階的に低下してゆき、かつ、各段階
毎に該圧力がほぼ平担に推移する。

（実施例１） 第１図および第２図において、１，２、および３はそれ
ぞれモータケース、ケースクロージャ、およびノズル、
７，８．９はケースインシュレータ、１０はクロージャ
インシュレータで、以上の構成は前記第７図のものと変
シがない。

２０はこの実施例に係る推進薬グレインである。

推進薬グレイン２０は全体として柱状を呈し、その外周
をグレインインシュレータ２５で被覆シて第７図の場合
と同様にモータケース１に装填しである。更に推進薬グ
レイン２０には、該グレインの軸心０−０（モータケー
ス１の軸心と一致）、を中心とする半径ＲａないしＲｇ
　（Ｒａ　＞Ｒｈ　＞Ｒｅ　＞Ｒｄ　＞　Ｒｅ　＞　Ｒ
ｆ　＞　Ｒｇ　）　　の半円形の円弧面２１ａ＆いし２
１ｇと、これらの円弧面に読いて該グレインの外周に達
する１対の平行な平面部２２ａないし２２ｇとをそなえ
るＵ字形の初期燃焼面２３＆ないし２３ｇをノズル３逅
わから順次段階的に形成し、これら形態の異る初期燃焼
面によって推進薬グレイン２０を７つの部分に分けであ
る。

ＷａないしＷｇは円弧面２１＆ないし２１ｇにそれぞれ
対応するウエツプ寸法で、半径Ｒａないし肱の前記関係
からＷａ　＜　Ｖ／ｂ　＜　Ｗｅ　＜　Ｗｄ　＜　Ｗｅ
　＜Ｗｆ＜Ｗｇ　　となる。また１つの初期燃焼面、例
えば２３ｅについてみれば、第２図に示すごとく、平面
部２２ｅに対応するウエツプ寸法Ｗｅ　’は推進薬グレ
インのＵ字形先端部に近づくほど減少してその値力漕か
ら零まで暫滅する。

２６および２７はそれぞれ推進薬グレイン２０の前端面
および後端面に貼着した端面インシュレータで、これら
の端面インシュレータおよび前記グレインインシュレー
タ２５によって該グレイン２０は全体として内面燃焼型
に形成されている。

以上の構成から、前記点火器１２（本図では省略）を発
火させて各初期燃焼面２３ｍないし２３ｇに同時に点火
すると、以後推進薬グレイン２０はそのウエツプ寸法の
小さい部分から、すなわちノズル３に近い部分から遂次
段階的に焼失し、その焼失の都度全燃焼ガス発生量が減
少するので、前記燃焼圧力Ｐが段階的に低下する。そし
て前記第２図の場合を例にとれば、燃焼の進行中円弧面
２１ｅの半径Ｒｅが増大して燃焼面積が増加してゆく一
方、前記ウエツプ寸法Ｗｅ　’が前述しなごとくである
から、該部分の推進薬グレインはその１字状先端部から
遂次焼失して千Ｎ部２２ｅが短縮されてゆき、これによ
シ燃焼面積が暫減する。よって各部分々々では全燃焼面
積、し九がって燃焼ガス発生量がほぼ等値をもって推移
する。

（実施例２） 第３図および第４図において、３０は別の実施例に係る
推進薬グレイン、３５はそのグレインインシュレータで
あって、その他の構成は第１図のものとほぼ同様である
。

グレインインシュレータ３５ハモータケース１に適合す
る中空円柱状を呈し、その内周面を前端から後端にわ九
り同心かつ段階的に拡径して直径ＤＩないしＤＩの７部
分に分けである。推進薬グレイン３０はかかるグレイン
インシュレータ３５に注凰して成形したもので、該イン
シュレータの軸心０−０を中心とする半径Ｒの半円形円
弧面３１と、この円弧面に続いてグレインインシュレー
タ３５の各段階状内面部分に達する１対の平行な平面部
３２とからなる一連のＵ字形初期燃焼面３３を形成しで
ある。したがって推進薬グレイン３０も外径がＤＩない
しＤＩの７つの部分に別けられる。ＷｌないしＷ７はこ
れら各部分において円弧面３１に対応するウエツプ寸法
でＷｌ＜’Ｗｚ　＜Ｗａ　（Ｗ４　＜Ｗｓ　（Ｗｇ　（
Ｗ７　　となり、また平面部３２に対応するウエツプ寸
法、例えばＷＢ２（第４図）は、グレインのり字形先端
部に近づくほど減少すること、前記実施例１の場合と同
様である。

３６および３７はそれぞれ推進薬グレイン３０の前端面
および後端面に貼着した端面インシュレータである。

この実施例のものは、初期燃焼面３３を各部分にわなっ
て一連に形成しであるので、燃焼ガスの流れが円滑にな
り、これによって侵食燃焼、圧力振動などのデータ解析
の阻害要因が除かれ、る。

第５図はこの実施例２ついて数値シュミレーションを実
施した結果をあられしたグラフで、横軸は燃焼時間ｔ１
縦軸は燃焼圧力Ｐを示す。

尚同図には初期燃焼面をＵ字形としないで、単に前記半
径Ｒの直円筒面に形成したものについてのシュミレーシ
ョン結果を破線を用いて併記しである。

当該ロケットモータに設定し次諸元は次のごモータケー
ス１の内容積：　１２５　Ｗｌｌ　Ｘ　２６５　ｑノズ
ルスロートの直径　：２０ｍ１１ 推進薬グレインの直径　： ］）１　＋＝　６０　ｗ　、　Ｄ２　＝　７Ｑ　ｗｍ　
、　］）３　＝　８０８１１Ｄ４　＝　９０　ｗ　、　
Ｄ！Ｉ　＝１００ｗ　、　Ｄｏ　＝　１１０　ｍＤｙ＝
１２０■ 初期燃焼面の円弧半径Ｒ：２５ｍ 同図にみられるように、この実施例のものは１回の台上
燃焼試験において燃焼圧力Ｐを約９０辱／ｄから約１ｏ
　ｋ＃／ａｍ　の間で７段階に変化させることができ、
かつ前記破線示のグラフに比べて各段階における圧力が
すぐれた平担性を示す。

すなわち、一段階における平均燃焼圧力下において燃焼
速度がほぼ定値に保たれるので、前記従来の場合と同等
な精度をもって７種類のデータを解析することができる
。例えばグレイン外径Ｄ３の部分にあっては 平均圧カニｐ３＝　５９　ｋｇ／Ｃａｌ燃焼時間：　ｔ
３−　ｔｚ　＝　５．４ｓｅｃウエツブＷ　：　（Ｄｓ
　−Ｄ２）　／　２＝５■燃焼速度Ｖｂ　（ａｔ　Ｐａ
　）　＝　Ｗ　（ｔａ　−ｔｚ）＝０．９２＆ＭＶａｅ
ｃ（実施例３） 第６図に示す実施例は推進薬グレインを端面燃焼型に構
成して前記モータケース１に装填したものであって、４
０は推進薬グレイン、４５はケースインシエレータ兼用
のグレインインシュレータ、ま友２′はケースクロージ
ャ、３′はノズル、１１’はケースクａ−シャ２’に形
成した燃焼圧力の導圧孔、１３は推進薬グレイン４０の
後端面に貼着した複数の点火器である。

グレインインシュレータ４５ハモータケース１の内面に
適合する中空有底円柱状を呈し、その内面を後端から段
階的に縮径してこの例では５つの部分に分けてあり、推
進薬をこのインシュレータ４５に注量してグレイン４０
ｔ−成形している。

したがって該推進薬グレインは後方から順次直径が縮少
されてかつそれぞれの各部位が等径である５部分に分け
られる。４１ａないし４１ｅはこれら各部分における初
期燃焼面、歌はウエツプで、この例では各部分のウエツ
プ寸法を同一としている。

この実施例のものは燃焼の進行中各部分毎の燃焼面積が
理論的に全く等値をもって推移するので、燃焼圧力を一
層平担とすることができ、またウエツプ寸法叛を大匙〈
シうるので、高燃速推進薬の試験に適する。

（効果） 以上説明したように１本発明によれば１つの試験用ロケ
ットモータによって同種複数のデータを採取できるので
、推進薬の開発等に当シその効率化をはか抄うるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の■−■視横断面図、第３図は本発明の別の実施例
を示す縦断面図、第４図は第３図のｆｆ−ＩＶ視横断面
図、第５図は上記別の実施例の数値シュミレーション結
果を例示するグラフ、第６図は本発明の更に別の実施例
を示す縦断面図、第７図は従来の手段を例示する縦断・
面図である。 １０．２Ｇ、３０．４０・・・推進薬グレイン５ａ　、
　２３ａ　−２３ｇ、３３．４１ａ〜４１ｅ・・・初期
燃焼面Ｗ　、　Ｗａ　−Ｗｇ　、　Ｗｌ−Ｗ７　、Ｗｘ
　・・・ウエツプ寸法第２図 １ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 推進薬グレインを装填して台上燃焼試験に供するロケッ
   トモータにおいて、推進薬グレインを複数の部分から形
   成し、これらの部分が遂次段階的に焼失するよう、かつ
   、燃焼の進行中各部分の燃焼面積がそれぞれほぼ等値を
   もつて推移するように、該各部分における初期燃焼面の
   形態とウエツプ寸法との関係を定めてなる燃焼試験用ロ
   ケットモータ。