JPS62178757A - ラムロケツトのガス発生器 - 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〕 本発明はラムロケットにおける固体ガス発生剤を用いた
サステーナ用ガス発生器、詳しくは、燃料成分過多の［
べ体ガス発生剤が装填されて、このガス発生剤の燃焼ガ
スをノズルを介してラム燃焼室に噴出するガス発生器、
特にそのノズルの形状に関する。

Ｃ従来技術〕 第４図は代表的ラムロケットにおける主にエンジン部の
構成を略示したもので、該ロケットのエンジンケースｌ
内をダイヤフラム２で前後に仕り１って、その後方にラ
ム燃焼室３を形成すると共に、その前方にガス発生器１
０を構成し、ラム燃焼室３の前端寄りにはラム圧によっ
てディフューザ４から送入される外気の取入口５を開［
１させ、また同燃焼室の後ＩＩｊＡ部にはサステーナノ
ズル８を装着しであるほか、このラムロケ、トを所要の
ラム圧が得られるまで加速するために、当初ラム燃焼室
３にブースタ推進薬７が装填され、またサステーナノズ
ル８の内側にはブースタノズル８が離脱可能に装着され
る。

ガス発生器ｌＯにおいて、１１は前記エンジンケースｌ
およびダイヤフラム２とフォワードクロージャ１２とで
囲まれた燃焼室、１３はこの燃焼室に装填したガス発生
剤、１４はダイヤフラム２の中央部に形成したノズルで
ある。

ガス発生剤１３は酸化剤の粒子と燃料兼粘結剤としての
ゴム系バインダとの混成系のものが用いられ、一般には
この燃料に加えて増熱剤としてアルミニウム、マグネシ
ウム、ボロン等、あるいはこれらの合金から成る訓粒状
の金属燃料が添加される。そしてこれらの燃料成分は酸
化剤成分に比して多とされ、したがってガス発生剤１３
に点火すると未然燃料を含む【ｑ燃燃焼ガスが生成され
、これがノズル１４を経てラム燃焼室３に噴出し、ここ
で取入［１５からの前記外気と混合して再燃焼をし、そ
の完全燃焼ガスがナステーナノズル６から噴出して推力
を発生する。

しかして、従来はロケット推力をより増大させようとす
る意図からガス発生器１０のノズル１４においても有効
な推力を発生させるべく、第５図（Ａ）に示すようなラ
バールノズルを採用していた。同図において、１４ａは
収縮部、１４ｂはスロート部、１４ｃは末広部で、ガス
発生剤１３の前記燃焼ガスは収縮部１４ａで集束されつ
つ加速されてスロート部１４ｂのところでほぼ音速に達
したのち末広部１４ｃを通過する間に膨張しつつ更に加
速されて超ｊ″１゛速に達する。特開昭５６−１３８４
４９　ｔ′Ｊ−公報に開示された技術は、Ｌ記末広部を
積極的に延長して、カス流速の増大をはかることにより
、有効な推力を発生させると共に、高速ガス流の末広部
からの２ＩＩ＃現象を利用して保炎領域を形成するよう
にしたものである。

〔問題点〕

ところで、かかるラバールノズルを使用すると、殊に前
記金属燃料を多着に添加した高性能ガス発生剤を用いた
場合、燃焼後期においてガス発生器の燃焼圧力が異常に
高まり、かつこれが変動するという現象が生じてきた。

燃焼圧力のＩ：　！Ｊ１はガス発生器の安全率を低下さ
せるとともに変動を伴う圧力上昇は異常燃焼を諾起する
貧困をはらむのでバーストなどの１９故を起しかねない
のである。

第８図は一試験結果を示すもので、横軸はガス発生剤の
燃焼時間、縦軸は燃焼圧力、Ｔは理論計算による燃焼圧
力線図、Ａは前記ラバールノズルを用いて実測した燃焼
圧力の線図である。

また、金属燃料はアルミニウム・マグネシウム合金で含
有率は５０ｗｔ％のうち２０ｗｔ％をガス発生器内で燃
焼させるべく計画され、燃焼温度は約２．０００℃であ
る。

ここで前記の現象が生じる原因を追求したところ、それ
はノズル内面に堆積物が累積してスロート部を狭縮する
から、と判明した。

第５図（Ｃ）は、この堆積状態を示したもので、堆積物
りの層が末広部１４ｃからスロート部１４ｂを越えて収
縮部１４ａに達しており、調査の結果、堆積物はアルミ
ニウム会マグネシウムの固溶耐金属およびアルミナがｔ
であった。

以上の結果から、カス発生剤の燃料成分、殊に高性能ガ
ス発生剤とするために金属燃料成分を過多にすると、第
５図（Ａ）に示すごとく、燃焼ガス流Ｇが剥離したとこ
ろへ溶融金属燃料Ｎやその酸化物が回り込んで同図（Ｂ
）のごとく末広部１４ｃに付着して因化し、これが成長
して遂には同図（Ｃ）のようにスロート部１４ｂにまで
及ぶものと考えられ、この過程で堆積物の剥脱などがあ
ると前記燃焼圧力の変動が生じることとなる。

以上の°バ情にかんがみ１本発明はガス発生器のノズル
によって推力の増補をはかるよりも、燃焼温度が高く、
かつ多量の未燃燃料を含ませうる高性能ガス発生剤を積
極的に用いることで直接ロケット推力を増大させた方が
有利との検討結果にもとづき、燃焼圧力を安定させえて
、しかもラム燃焼室での燃焼性能を確保しうるガス発生
器とすることを課題とする。

〔発明の−り段〕

に記課題を解決した本発明のｒ段は、ガス発生器のノズ
ルを収縮部と、この収縮部に連なるスロート部と、この
スロート部からほぼ直角に拡開する拡開部とで形成した
ものである。

〔作用〕

［、記り段によれば、堆積物の付ノー、成長の原因をつ
くる市記末広部が除去さ、れるのでスロート部が狭縮す
ることがなく、また従来と同様にして、はぼ音′姐をも
ってスロート部から噴出した高温の燃焼ガスが拡開部に
ならって断熱的に急膨張をするので、ここに衝撃波が生
じて四方へ拡がり、これが前記の外気取入口からの高速
気流と干渉してラム燃焼室内を撹乱する。よって燃焼カ
スに多ｊ、）：の未燃燃料が含まれていても急速に成人
外気と混合させることができ、また燃焼ガスの膨張域中
央部はｔ記の撹乱作用をうけることが少ないので、ここ
に前記保炎領域を形成することができる。

〔実施例〕

第１図において、２０は本発明の実施例にかかるガス発
生器であって、２１は前記エンジンケースｌおよびフォ
ワードクロージャ１２と前記ラム燃焼室３を仕切るダイ
ヤフラム２２とで囲んだ燃焼室、２３はこの燃焼室に装
填した燃料分過多のガス発生剤、２４はダイヤフラム２
２の中央部に形成したノズルである。

第２図はノズル２４を拡大して示したもので、２５はダ
イヤフラム２２の内面から一連に形成した収縮部、２Ｇ
はわずかなモ担部分をもつスロート部、２７はこのスロ
ート部の後端に続いて直角に１Ｉ２−開させた拡開部、
２８はこの拡開部の周辺に形成した環状壁、２９はこの
環状壁と拡開部２７とで形成される凹陥部である。

Ｇは燃焼ガス流を示し、収縮部２５によって収束され増
速された燃焼ガス流はスローＩ・部２６にヤって、その
ｆ担な内面により軸方向に曲げられたのち衝撃的に膨張
し、凹陥部２９を出たところで＋ｌｒ　１ｍ張して前記
の成人外気と撹乱状ｊ！；で混合する。この場合、環状
壁２８は燃焼ガス流Ｇの初期膨張域をラム燃焼室３から
隔てることにより保炎領域の形成を助成する。

前記第６図に示すＢはこのノズル２４を用いて実測した
燃焼圧力の線図であって、前記理論計算による圧力線図
丁にほぼ沿っている。試験条件は前記従来の場合と同じ
である。また：５２図に示すＤは堆積物で、その付着範
囲は凹陥部２９の奥部周辺に限られてスロート部２６は
清浄であった。

尚、燃焼ガスが更に高温であって、前記の断熱的膨張後
も保炎に必要な温度が七分に保たれるときは、環状壁２
８を省略して第３図に示すごとさノズル２４゛　とする
こともできる。

〔効果〕

以北説明したように、本発明は高性能ガス発生剤を使用
するに当ってその制約を排除するものであるから、ラム
ロケットの性能向りに寄、Ｉｚ−するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示すラムロケットのエンジ
ン部断面図、第２図は第１図の要部拡大断面図、第３図
は他の実施例の要部を示す断面図、第４図は従来のラム
ロケットのエンジン部断面図、第５図は第４図の要部拡
大断面図であるとともに従来の作用説明図、第６図は比
較試験結果を小才燃焼圧力線図である。 ｌ・・・う１、ロケットのエンジンケース３・・・ラム
燃焼室 １０．２０・・・ガス発生器 １３．２３・・・ガス発生剤 １４．２４・・・ノズル ２５・・・収＆ｌｉｉ部 ２６・・・スロート部 ２７・・・拡開部 特許出願人　　防衛庁技術研究本部長　山ド　微回　　
　　　　　［１産　　自　　動　　東　株　式　会　社
代　　叩　　人　　　　ｊｒ　　　理　　　ト　　　　
上　　梳　　皓第２図 第１図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料成分過多の固体ガス発生剤が装填されてこのガス発
   生剤の燃焼ガスをノズルを介してラムロケットエンジン
   のラム燃焼室に噴出するガス発生器において、前記ノズ
   ルを、収縮部と、この収縮部に連なるスロート部と、こ
   のスロート部からほぼ直角に拡開する拡開部とで形成し
   たラムロケットのガス発生器。