KR102412566B1 - 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

노즐(120)의 쓰로트(121)로부터 상류에서 상기 노즐 내에 배치되기 위한, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 조절 장치(130)에 있어서, -　상기 노즐 쓰로트(121)를 부분적으로 씰링하기 위한 부재를 형성하는 하류단(1331)을 갖는 니들(needle; 133); 및 -　상기 니들(133)의 상기 상류단(1330)이 존재하는 내측 하우징(1341)을 갖는 니들 가이드(134);를 포함한다. 상기 니들의 상류단(1330)은, 상기 니들의 상기 상류 단이 내측 하우징(1341)의 상류 부분(1341a)에서 존재하는 제1 위치와, 상기 상류 단이 상기 내측 하우징(1341)의 하류 부분(1341b)에 존재하는 제2 위치 사이에서 니들 가이드(132) 의 내측 하우징(1341)에서 슬라이딩되기에 적합하다. 상기 니들(133)의 상류단(1330)은 열의 효과 아래에서 파단될 수 있는 적어도 하나의 유지 요소(135)에 의해서 제1 위치에 유지된다.

Description

가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치{DEVICE FOR MODULATING A GAS EJECTION SECTION}
본 발명은, 가스의 분사 또는 반작용에 의한 추진 원리를 사용하는, 미사일, 발사체 또는 실제로 인공위성과 같은 비이클(vehicle)을 구동하기 위한 추력을 전달하기 위한 추력기 또는 로켓 엔진의 일반적인 분야에 관한 것이다. 본 발명은 좀 더 구체적으로, 그러나 비배타적으로, 고체 추진 추력기에 적합한 노즐에 관한 것이다.
고체 추진제 추력기는 주로, 추진제 블록을 수용하는 쉘, 점화기, 및 고정된 발산 부분을 갖는 노즐에 의해서 구성된다. 추진제 블록은 추력기의 축선 상에 위치되는, 그리고 연소실로서 기능하는 채널에 의해서 관통된다. 점화기는 쉘의 일 단부에서 추진제를 점화하고, 추진제의 연소는 추력기의 전방으로부터 후방을 향해서 전파된다. 추진제는 연소 가스를 생성하면서 미리정의된 속도로 연소되고, 이 연소 가스는 노즐을 통해서 배출된다.
노즐의 쓰로트(throat) 구간은 추진제 블록의 연소를 조절하는 기능을 하여 예상되는 추력을 생성하는 한편 연소실 내부에 소정 압력을 유지한다. 또한, 단일 비율로 추력을 전달하는 추력기에 대해서, 노즐의 쓰로트 구간은 단일이고 그리고 소정 추력 레벨의 함수로서 미리결정된다.
그럼에도 불구하고, 단일 쓰로트에 대해 의지하는 것은 2개의 작동 비율, 즉 전형적으로 고 비율(가속)에서의 작동 및 저 비율(순항)에서의 작동을 갖는 추력기에 대해서, 또는 변하는 고도에서 비행하도록 구성된 추력기에 대해서 적합하지 않다.
이러한 단점을 약화시키기 위해서, 하나의 알려진 해결책은 2개의 구별되는 추력기: 가속(또는 "부스트") 단계를 위한 것과 순항 단계를 위한 다른 것을 갖는 발사체를 제공하는 것으로 구성된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 해결책은 발사체의 비용을 상당히 증가시키는 단점을 갖는다.
가변인 쓰로트 구간을 노즐에 제공하는 것이 또한 알려져 있다. 실제로, 병진운동으로 가동인 플러그가 노즐의 내부에 수용된다. 연소 가스의 유동에서 플러그의 위치는 노즐을 떠나는 가스의 유동 구간을 결정하는 역할을 하고, 이로써 추력기의 작동 비율에 따라 가스 분사 구간을 조절한다.
그럼에도 불구하고, 가동 플러그와 관련된 알려진 위치결정 시스템은, 복잡하고 그리고 비싸고, 그리고 추력기의 질략을 상당히 증가시키는 시스템이다.
저렴하고 그리고 추력 계수를 최적화할 수 있는 방식으로 노즐의 분사 구간을 조절하는 것이 그리고 추력기의 조절 장치의 질량 및 사이즈를 최소화하는 한편 이와 같이 하는 것이 필요하다.
이 목적은, 노즐의 쓰로트로부터 상류에서 상기 노즐 내에 배치되기 위한, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 조절 장치에 있어서,
-　상류단과 하류단 사이에서 연장되는 플러그로서, 상기 하류단은 상기 노즐 쓰로트를 부분적으로 막기 위한 부재를 형성하도록 감소하는 직경을 갖는, 상기 플러그; 및
-　상기 플러그의 상류단이 존재하는 내측 하우징을 갖는 플러그 가이드;를 포함하며,
상기 플러그의 상기 상류단은, 플러그의 상기 상류단이 상기 내측 하우징의 상류 부분에 존재하는 제1 위치와 상기 상류단이 상기 내측 하우징의 하류 부분에 존재하는 제2 위치 사이에서 플러그 가이드의 내측 하우징 안에서 슬라이딩되기에 적합하고, 상기 플러그의 상기 상류단은 열의 영향 아래에서 파단되기에 적합한 적어도 하나의 유지 요소에 의해서 상기 제1 위치에 유지되는, 조절 장치에 의해서 달성된다.
가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치는, 간단하고, 저렴하고, 그리고 컴팩트하며, 노즐을 위한 2개의 작동 모드, 즉 부분적인 셔터 부재가 노즐의 쓰로트로부터 축선방향으로 뒤로 설정되는 고유량에서의 제1 작동 모드, 및 상기 부분적인 셔터 부재가 축선방향으로 쓰로트를 향해서 전진되는 저비율에서의 제2 동작 모드를 정의하는 것을 가능하게 하는 해결책을 제안한다. 제1 모드의 작동으로부터 제2 모드의 작동으로의 이동은 유지 요소(들)의 파단에 의해서 달성된다. 플러그 및 플러그 가이드의 조합으로 하나 이상의 가용성(fusible) 유지 요소의 사용은, 저렴하고, 단순하고, 그리고 신뢰성 있는 가변 쓰로트 구간 노즐에 대한 아키텍쳐를 정의하는 것과 추력기의 질량 및 사이즈를 상당히 증가시키는 것 없이 이와 같이 하는 것을 가능하게 한다.
또한, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치는 2개의 구별된 추력기(가속 단계를 위한 하나의 추력기("부스터") 및 순항 단계를 위한 다른 추력기)를 사용하는 것을 회피하는 것을 가능하게 하고, 그리고 결과적으로, 2개의 비율의 작동이 제공되는 것을 가능하게 하는 저비용 추진 시스템을 제안하는 것을 가능하게 한다.
가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치의 제1 특징에 따르면, 상기 유지 요소(들)는 결정된 온도 이상에서 파단을 위해서 적합한 재료로 만들어진다.
본 발명은 또한 노즐 쓰로트를 포함하는 가변 쓰로트 구간의 노즐을 제공하고, 그리고 상기 노즐이 상기 가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 조절 장치를 더 포함하고, 상기 조절 장치는 상기 노즐 쓰로트로부터 상류에서 상기 노즐 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 노즐의 특정 특징에 따르면, 노즐은 에어로스파이크(aerospike) 타입의 노즐, 즉 발산 부분 없이 동작되는 노즐이고, 이로써 동시에 비용, 질량 그리고 추력기의 사이즈를 감소시키는 한편 추력기가 작동되는 고도에 상관없이 비이클의 추력을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 본 발명의 가변 쓰로트 구간의 노즐을 포함하는 추력기를 제공한다.
본 발명의 추력기의 특정 특징에 따르면, 추력기는 추진 작약을 수용하는 쉘을 포함하고, 가변 쓰로트 구간의 노즐은 연장부에 의해서 또는 힌지식 연결부에 의해서 상기 쉘의 후방 단부 벽에 연결된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은, 어떠한 한정하는 특성을 갖지 않는 실시형태를 도시하는 수반된 도면을 참조하여 주어진 다음 설명으로부터 나타난다. 도면에서:
- 도 1a 및 도 1b는 가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 실시형태의 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐이 장착된 추력기를, 부분적 단면로 도시하는 개략적인 사시도이고;
- 도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b의 노즐의 개략적인 종방향 단면도이고;
- 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐의 개략적인 종방향 단면도이고;
- 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐의 개략적인 종방향 단면도이고;
- 도 5a는 도 5b 및 도 5c에 도시되는 바와 같은 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치에서 사용되는 플러그를 도시하는 개략적인 사시도이고;
- 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐의 개략적인 종방향 단면도이고;
- 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐의 개략적인 부분 종방향 단면도이고; 그리고
- 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치를 포함하는 에어로스파이크 노즐의 개략적인 부분 종방향 단면도이다.
가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치는 어떠한 타입의 노즐과, 그리고 특히 발산 부분을 선택적으로 포함하는 노즐과 사용될 수도 있다.
도 1a는, 고체 추진제(112) 블록을 수용하는 연소실(111)을 둘러싸는 회전 실린더의 형태인 쉘(110)을 포함하는 추력기(100)의 후방 부분의 개략적인 종방향 단면도이다. 연소실(111)은 쉘(110)의 후방 단부 벽(110a)을 통해서, "에어로스파이크(aerospike)" 타입의 노즐(120)의 상류 단부 안으로 개방된다. 용어 "에어로스파이크 노즐"은 특히 발산하는 부분을 갖지 않고 그리고 노즐의 쓰로트를 통해서 나올 수 있는 볼록한 프로파일의 플러그를 포함하는 노즐을 의미하기 위해서 여기서 사용된다. 현재-설명되는 실시형태에서, 노즐(120)은 연장부(113)에 의해서 후방 단부 벽(110a)에 연결된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 추력기의 변형 실시형태에서, 노즐(120)은 추력기의 쉘의 후방 단부 벽에 직접적으로, 즉 어떠한 연장부(113) 없이 균등하게 잘 연결될 수 있다. 본 발명의 추력기의 또 다른 실시형태에서, 노즐은, 예를 들어 볼 조인트(ball joint)와 같은 힌지식 연결부를 통해서 추력기의 쉘의 후방 단부 벽에 연결되어, 추력기의 쉘의 축선에 대해서 복수의 방향으로 노즐이 조향될 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(130)는 노즐(120)의 쓰로트(121)의 내부에 배열된다(도 1b). 현재 설명되는 실시예에서, 조절 장치(130)는 노즐(120)의 내부 벽에 부착된 2개의 암(131, 132)에 의해서 제자리에 위치된다. 암(131 및 132)은 서로에 대해서 180°로 배열되고, 그리고 조절 장치 둘레의 원주방향 공간의 나머지는 연소실(111)로부터 나오는 가스가 노즐 쓰로트(121)를 향해서 유동되는 것을 허여하도록 비어있다. 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(130)는 상류단(1330)과 하류단(1331) 사이에서 연장되는 로드(1333)를 갖는 플러그(133)를 포함하며, 상기 하류단(1331)은 노즐 쓰로트(121)를 부분적으로 막기 위한 부재를 형성하도록 감소하는 직경을 갖는다. 조절 장치(130)는 또한, 플러그(133)의 상류단(1330)이 안에 존재하는 내측 하우징(1341)을 정의하는 벽(1342)을 포함하는 플러그 가이드(134)를 갖는다. 플러그 가이드(134)는 또한 플러그의 로드(1333)를 지지하고 그리고 이의 운동을 가이드하는 경로(1343)를 갖는다.
도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 플러그의 상류단(1330)은, 플러그(133)의 상기 상류단(1330)이 내측 하우징(1341)의 상류 부분(1341a)에 존재하는 제1 위치(도 2a)와 상류단(1330)이 내측 하우징(1341)의 하류 부분(1341b)에 존재하는 제2 위치(도 2b) 사이에서 플러그 가이드(134)의 내측 하우징(1341) 안에서 슬라이딩될 수 있다.
본 발명에 따르면, 플러그(133)의 상류 단(1330)은 유지 요소, 즉 이 실시예에서, 플러그의 상류단(1330) 및 플러그 가이드(134)의 벽(1342)을 통해서 모두 통과하는 핀(135)에 의해서 제1 위치에 유지된다. 현재 설명되는 실시형태에서, 핀(135)은, 결정된 온도로부터 용융되거나 또는 연화됨으로써 파단되기에 적합한 재료로 만들어진다. 예로서:
-　약 85°C로 결정된 플러그-해제 온도에 대해서, 핀(135)은 특히 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)으로 만들어질 수도 있고;
-　약 400°C로 결정된 플러그-해제 온도에 대해서, 핀(135)은 특히 알루미늄으로 만들어질 수도 있고; 그리고
-　약 800°C보다 더 높게 결정된 플러그-해제 온도에 대해서, 핀(135)은 특히 형상 기억 금속 합금으로 만들어질 수도 있다.
형상 기억 합금은 본 발명의 장치의 유지 요소(들)을 만들기 위해서 일반적인 방식으로 사용될 수 있으며, 이들의 조성은 의도된 플러그-해제 온도의 함수로서 결정된다.
"가속" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제1 단계 동안에, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(130)는 도 2a에 도시되는 구성에 있으며, 이 구성에서 플러그(133)의 하류단(1331)이 노즐 쓰로트(121)로부터 뒤로 설정되어 강한 추력을 생성하고 그리고 비행의 이 제1 단계 동안에 만나게 되는 고도 레벨에 적응한다. 비행의 이 제1 단계 동안에, 노즐(120)을 통해서 유동되는 연소 가스는 핀(135)에 열을 전달한다. 일단 핀(135)의 파열 온도(이의 용융 또는 연화 온도)가 도달되면, 이것은 기계적 일체성을 잃고 그리고 더이상 플러그(133)의 상류단(1330)을 유지하기 위한 요소로서 기능하지 않으며, 이 플러그는 다음으로 노즐에서 생성되는 압력 힘의 흡입 효과 하에서 도 2b에 도시되는 위치 안으로 (병진운동으로) 이동된다. 다음으로 핀(135)의 제1 부분(135a)은 플러그의 상류단(1330)에 남는 한편, 제2 부분(135b)은 플러그 가이드의 벽(1342)에 남는다. 도 2b에 도시되는 구성은, "순항" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제2 단계에 대응하며, 이 구성에서 플러그(133)의 하류단(1331)은 노즐 쓰로트(121)에 더 근접하여 비행의 이 제2 단계에서 시스템의 요구에 적응된 감소된 추력을 생성한다.
현재 설명되는 실시형태에서, 내측 하우징(1341)의 상류 부분(1341a)은, 가스로부터 핀으로의 열 전달을 늦추고, 그리고 결과적으로 핀이 파단되는 순간을 지연시키는 기능을 하는 열적 전도성을 나타내는 재료로 만들어진 스토퍼(1344)에 의해서 폐쇄된다. 스토퍼는 특히, 열분해 카본 매트릭스에 의해서 고밀화된 탄소 섬유 보강 텍스쳐를 포함하는 카본/카본(C/C) 복합 재료로, 적어도 부분적으로 세라믹인 매트릭스에 의해서 고밀화된 내화 섬유(탄소 또는 세라믹)으로 만들어진 강화 텍스쳐를 포함하는 저밀도 세라믹 매트릭스 복합물(CMC) 재료로, 또는 유기 매트릭스(레진)에 의해서 고밀화된 내화 섬유(탄소 또는 세라믹)로 만들어진 강화 섬유를 포함하는 유기 매트릭스 복합물(OMC)로 만들어질 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 조절 장치는 또한 내측 하우징(1341)의 상류 부분(1341a)을 폐쇄하지 않고 사용될 수도 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(230)을 갖는 노즐(220)을 도시한다. 조절 장치(230)는, 플러그의 상류단(2330) 및 플러그 가이드(234)의 벽(2342)을 모두 통과하는 핀(235)이 열의 효과 하에서 더 이상 파단되지 않으나, 플러그의 상류단(2330) 상에 작용되는 기계적 힘의 효과 하에서 파단된다는 점에서 상술된 장치(130)와 상이하다. 좀 더 정확하게, 그리고 도 3a에 도시되는 바와 같이, 플러그(233)의 상류단(2330)은, 플러그(233)의 상류단(2330)이 존재하는 내측 하우징(2341)을 정의하는 플러그 가이드(234)의 벽(2342)과 접촉되는 쇼울더(2335)를 갖는다. 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(230)는 조절 장치의 암(232)에 수용되는 가스 발생기, 즉 이 실시예에서 발화(pyrotechnic) 카트리지(240)를 더 포함한다. 발화 카트리지(240)는, 상기 내측 하우징의 상류단 벽(2344)과 쇼울더(2335) 사이에서 내측 하우징(2341)의 상류 부분(2341a) 안으로 압력하의 가스를 보내어, 그리고 플러그(233)의 상류단(2330)이 내측 하우징(2341)의 하류 부분(2341b)을 향해서 슬라이딩되도록 하는 명령 상에서 작동되기에 적합하다. 발화 카트리지(240)는 암(232)과 내측 하우징(2341) 사이에서 플러그 가이드(234)에 형성되는 덕트(241)를 통해서 내측 하우징(2341)과 연통된다. 핀(235)은 발화 카트리지(240)에 의해서 작용되는 압력 힘 하에서 파단되는 방식으로 치수지어 진다. 핀(235)은 특히 알루미늄 또는 스틸로 만들어질 수도 있다.
"가속" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제1 단계 동안에, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(230)는 도 3a에 도시되는 구성에 있으며, 이 구성에서 플러그(233)의 하류단(2331)이 노즐 쓰로트(221)로부터 뒤로 설정되어 강한 추력을 생성하고 그리고 비행의 이 제1 단계에서 만나는 고도 레벨에 적응한다.
일단, 비행의 제1 단계가 종료되면, 제어 신호가 발화 카트리지(240)에 보내져 이를 점화한다. 상기 내측 하우징의 상류단 벽(2344)과 쇼울더(2335) 사이의 내측 하우징(2341)의 상류 부분(2341a) 안으로 카트리지(240)에 의해서 도입되는 가스의 압력의 효과 하에서, 핀(235)이 파단되고, 핀(235)의 제1 부분(235a)은 플러그의 상류단(2330)에 남는 한편, 제2 부분(235b)은 플러그 가이드의 벽(2342)에 남는다. 파단됨으로써, 핀(235)은 플러그(233)의 상류단(2330)을 해제하고, 이 플러그의 상류단은 발화 카트리지에 의해서 그리고 노즐 안에서 유동되는 가스에 의해서 작용되는 압력 힘의 조합된 효과 하에서 도 3b에 도시되는 위치 안으로 (병진운동으로) 이동된다. 도 3b에 도시되는 구성은, "순항" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제2 단계에 대응하며, 이 구성에서 플러그(233)의 하류단(2331)은 노즐 쓰로트(221)에 근접하여 비행의 이 제2 단계의 시스템의 요구에 적응된 감소된 추력을 생성한다.
선택적 방식으로, 그리고 도 3a 및 도 3b에 도시되는 바와 같이, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(230)는, 현재 설명되는 실시형태에서, 조절 장치(230)의 다른 암(231)에 수용되는 제2 가스 발생기, 즉 이 실시예에서 제2 발화 카트리지(250)를 또한 가질 수도 있다. 제2 발화 카트리지(250)는, 플러그(233)의 로드(2333)를 지지하는 통로(2343)를 포함하는 상기 내측 하우징의 하류단 벽과 쇼울더(2335) 사이의 내측 하우징(2341)의 하류 부분(2341b) 안으로 압력 하의 가스를 보내는 명령 상에서 작동되기에 적합하다. 발화 카트리지(250)는 암(232)과 내측 하우징(2341) 사이에서 플러그(234)에 형성되는 덕트(251)를 통해서 내측 하우징(2341)과 연통된다. 조절 장치(230)가 도 3b에 도시되는 구성에 있는 동안 제어 신호가 발화 카트리지(250)에 보내져 점화될 때, 플러그(233)는 이 때, 내측 하우징(2341)의 하류단 벽과 쇼울더(2335) 사이에서 카트리지(250)에 의해서 도입되는 압력의 효과 하에서 도 3a에 도시되는 위치로 (병진운동으로) 이동된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 그리고 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(330)을 갖는 노즐(320)을 도시한다. 조절 장치(330)는, 이것이 플러그 가이드(334)의 벽(3342)을 통해서 그리고 플러그의 상류단(3330) 모두를 통과하는 핀(335)을 파단하기 위해서 독립적인 가스 발생기로부터보다는 추력기의 연소 가스로부터 직접적으로 취해진 가스를 사용하는 점에서, 상술된 장치(230)와 상이하다.
좀 더 정확하게, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 플러그(333)의 상류단(3330)은, 플러그(333)의 상류단(3330)이 존재하는 내측 하우징(3342)을 정의하는 플러그 가이드(334)의 벽(3341)과 접촉되는 쇼울더(3335)를 갖는다. 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(330)는 또한 조절 장치의 암(332)에 수용되는 밸브(340)를 갖는다. 밸브(340)는, 예를 들어 연소실(도 4a 및 도 4b에 도시되지 않음) 안과 같은, 연소 가스의 일부를 취하는 것이 가능한 추력기의 일 부분 안으로 개방되는 덕트(342)에 연결된다. 밸브(340)는 명령 상에서, 상기 내측 하우징의 상류단 벽(3344)과 쇼울더(3335) 사이에서 내측 하우징(3341)의 상류 부분(3341a) 안으로 연소 가스의 일 부분을 보내어 핀(335)을 파단하고 그리고 플러그(333)의 상류단(3330)이 내측 하우징(3341)의 하류 부분(3341b)을 향해서 슬라이딩되도록 하기에 적합하다. 밸브(340)는 암(332)과 내측 하우징(3341) 사이에서 플러그 가이드(334)에 형성되는 덕트(341)를 통해서 내측 하우징(3341)과 연통된다. 핀(335)은 덕트(341)를 통해서 내측 하우징(3341) 안으로 도입되는 가스 일 부분에 의해서 작용되는 압력 힘 하에서 파단되는 방식으로 치수지어 진다.
"가속" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제1 단계 동안에, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(330)는 도 4a에 도시되는 구성에 있이며, 이 구성에서 플러그(333)의 하류단(3331)이 노즐 쓰로트(321)로부터 뒤로 설정되어 강한 추력을 생성하고 그리고 비행의 이 제1 단계 동안에 만나게 되는 고도 레벨에 적응한다.
일단, 비행의 제1 단계가 종료되면, 제어 신호가 밸브(340)에 보내져 이를 개방한다. 상기 내측 하우징의 상류단 벽(3344)과 쇼울더(3335) 사이의 내측 하우징(3341)의 상류 부분(3341a) 안으로 밸브(340)를 통해서 도입되는 가스의 압력의 효과 하에서, 핀(335)이 파단되고, 핀(335)의 제1 부분(335a)은 플러그의 상류단(3330)에 남는 한편, 제2 부분(335b)은 플러그 가이드의 벽(3342)에 남는다. 파단함으로써, 핀(335)은 플러그(333)의 상류단(3330)을 해제하고, 이 플러그의 상류단은 플러그 가이드의 내측 하우징 안으로 도입되는 연소 가스 일 부분에 의해서 작용되는 압력 힘의 그리고 노즐 안에서 유동되는 가스의 조합된 효과 하에서 도 4b에 도시되는 위치 안으로 (병진운동으로) 이동된다. 도 4b에 도시되는 구성은, "순항" 단계로 일컬어지는 추력기의 비행의 제2 단계에 대응하며, 이 구성에서 플러그(333)의 하류단(3331)은 노즐 쓰로트(321)에 더 근접하여 비행의 이 제2 단계의 시스템의 요구에 적응된 감소된 추력을 생성한다.
선택적 방식으로, 그리고 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(330)는, 현재 설명되는 실시형태에서, 조절 장치(330)의 제2 암(332)에 수용되는 제2 밸브(350)를 또한 가질 수도 있다. 제2 밸브(350)는, 예를 들어 연소실(도 4a 및 도 4b에 도시되지 않음) 안과 같은, 연소 가스의 일 부분이 취해질 수 있는 추력기의 일 부분 안으로 개방되는 덕트(352)에 연결된다. 제2 밸브(350)는 명령 상에서, 플러그(333)의 로드(3333)를 지지하는 통로(3343)를 포함하는 상기 내측 하우징의 하류단 벽과 쇼울더(3335) 사이의 내측 하우징(3341)의 하류 부분(3341b) 안으로 연소 가스의 일 부분을 보내기에 적합하다.
밸브(350)는 암(332)과 내측 하우징(3341) 사이에서 플러그 가이드(334)에 형성되는 덕트(351)를 통해서 내측 하우징(3341)과 연통된다. 조절 장치(330)가 도 4b에 도시되는 구성에 있는 동안 제어 신호가 발화 카트리지(350)에 보내져 개방될 때, 플러그(333)는 그러면, 내측 하우징(3341)의 하류단과 쇼울더(3335) 사이에서 카트리지(350)에 의해서 도입되는 압력의 효과 하에서 도 4b에 도시되는 위치로 (병진운동으로) 이동된다.
상술된 실시형태에서, 유지 요소는 핀에 의해서 구성된다. 그럼에도 불구하고, 유지 요소가 본 발명에서 구현되는 방식은 핀에 한정되지 않고, 그리고 상이한 구조 및/또는 형상을 제공할 수도 있다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시되는 변형 실시형태에서, 플러그(433)는 상류 단(4330) 상에서 유지 요소를 형성하는 2개의 키(key)(435 및 436)를 갖는다. 이러한 상황 하에서, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(430)의 플러그 가이드(434)의 내측 하우징(4341)은 2개의 키(435 및 436)와 함께 플러그(433)의 상류단(4330)을 수용하기에 적합한 상류 부분(4341a), 및 키(435 및 436)를 위한 접촉부(4345)를 정의하도록 상류 부분(4341a)의 치수보다 더욱 작은 치수를 제공하는 하류 부분(4341b)을 갖는다. 따라서, 비행의 제1 단계 동안에, 플러그(433)는 비행의 제1 단계에서 만나는 고도 레벨에 적응하고 그리고 강한 추력을 생성하도록 도 5b에 도시되는 바와 같이 노즐 쓰로트(421)로부터 뒤로 설정된 상태로 유지된다. 일단 비행의 제1 단계가 종료되면, 키(435 및 436)는 상술된 바와 같이, 압력 힘에 의해서 또는 열에 의해서 파단된다. 파단됨으로써, 키(435 및 436)는 플러그(433)의 상류 단(4330)을 해제하고, 이 플러그의 상류단은 하우징(4341)의 하류 부분(4341b) 안으로 전진하고, 이로써 플러그가 도 5c에 도시되는 위치를 취하는 것을 가능하게 하며, 이 위치에서, 플러그(433)의 하류단(4331)은 노즐 쓰로트(421)에 더욱 근접해져 비행의 이 제2 단계의 시스템 요건에 적합한 감소된 추력을 생성한다.
도 6a 및 도 6b는 가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치에서 사용에 적합한 유지 요소의 다른 변형 실시형태를 도시한다. 도 6a에서, 상술된 것과 동일한 타입의 노즐(520)은 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(530)를 갖고, 이 장치는 플러그(533) 및 플러그 가이드(534)를 포함하고, 이 실시예에서 플러그 유지 요소는 장치(530)의 노즐(5341)의 상류 부분을 폐쇄하는 스토퍼(5334)에 포함된다. 좀 더 정확하게, 플러그의 상류단(5330)을 면하는 부분 상에서, 스토퍼(5344)는 나사선(5346)을 갖는 스터드(5345)를 갖는다. 플러그(433)의 상류 단(5330)은 스터드(5345)의 나사선(5346)과 협력하기에 적합한 탭핑(tapping)(5336)을 갖는 리세스(5335)를 갖는다. 도 6a에 도시되는 바와 같이, 플러그(533)의 상류단(5330)은 스터드(5345) 상에 나사조임된다. 스터드(5345)는, 결정된 온도로부터, 용융되거나 또는 연화됨으로써 파단되기에 적합한 재료로 만들어진다. 일단 이 온도에 도달되면, 스터드(5345)는 그 기계적 일체성을 잃고, 그리고 더 이상 플러그(533)의 상류단(5330)을 유지하기 위한 요소로서 작용하지 않고, 나사선(5346) 또는 스터드 자체가 온도의 영향 하에서 파단된다. 노즐에서 생성되는 압력 힘의 흡입 효과 하에서, 플러그는 다음으로 도 6b에 도시되는 위치 안으로 (병진운동으로) 이동된다. 또한, 스터드(5345)는 위에서 설명된 바와 같이, 연소 가스의 일 부분을 도입함으로써 또는 발화 카트리지에 의해서 작용되는 압력 힘 하에서 파단되도록 균등하게 잘 치수지어질 수도 있다.
도 7a 및 도 7b는 가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치에서 사용될 수 있는 유지 요소의 다른 변형 실시형태를 도시한다. 도 7a에서, 상술된 것과 동일한 타입의 노즐(620)은 가스 분사 구간을 조절하기 위한 장치(630)를 갖고, 이 장치는 플러그(633) 및 플러그 가이드(634)를 포함하고, 이 실시예에서 플러그 유지 요소는 장치(630)의 내측 하우징(6341)의 상류 부분을 폐쇄하는 스토퍼(6344)에 포함된다. 좀 더 정확하게, 스토퍼(6344)는 플러그의 상류단(6330)을 면하는 부분 상에 스터드(6345)를 포함하고, 이 스터드(6345)는 나사선(6346)을 갖는다. 플러그(633)의 상류 단(6330)은 스터드(6345)의 나사선(6346)과 협력하기에 적합한 탭핑(6336)을 갖는 리세스(6335)를 갖는다. 도 7a에 도시되는 바와 같이, 플러그(633)의 상류단(6330)은 스터드(6345) 상에 나사조임된다.
스터드(6345)는, 스터드(6345)가 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상술된 바와 같이, 밸브(640)를 통해서 그리고 덕트(641)을 통해서 연소 가스의 일 부분을 도입함으로써 작용되는 압력 힘 하에서 파단되기에 적합한 협소부(6347)를 갖는다. 일단 가스 일 부분이 스토퍼(6344)와 쇼울더(6346) 사이에서 내측 하우징(6341)의 상류 부분(6341a) 안으로 도입되었을 때, 스터드(6345)는 그 협소부(6347)에서 파단된다. 노즐을 통해서 유동되는 가스에 의해서 그리고 플러그 가이드의 내측 하우징 안으로 도입되는 연소 가스 일 부분에 의해서 작용되는 압력 힘의 조합된 효과 하에서, 플러그는 다음으로 도 7b에 도시되는 위치 안으로 (병진운동으로) 이동된다. 협소부를 함께 갖는 스터드(6347)는, 결정된 온도로부터, 용융되거나 또는 연화됨으로써 파단되기에 적합한 재료로 균등하게 잘 만들어질 수도 있다.
가스 분사 구간을 조절하기 위한 본 발명의 장치는 추력기, 로켓 엔진, 또는 고체 추진 발사체(고체 추진제), 또는 하이브리드 추진 발사체(고체 및 액체 추진제)에서 사용될 수도 있다.

Claims (6)

  1. 노즐의 쓰로트로부터 상류에서 상기 노즐 내에 배치되기 위한, 가스 분사 구간을 조절하기 위한 조절 장치에 있어서,
    -　상류단과 하류단 사이에서 연장되는 플러그로서, 상기 하류단은 상기 노즐 쓰로트를 부분적으로 막기 위한 부재를 형성하도록 감소하는 직경을 갖는, 상기 플러그; 및
    -　상기 플러그의 상기 상류단이 존재하는 내측 하우징을 갖는 플러그 가이드; 를 포함하며,
    상기 플러그의 상기 상류단은, 플러그의 상기 상류단이 상기 내측 하우징의 상류 부분에 존재하는 제1 위치와 상기 상류단이 상기 내측 하우징의 하류 부분에 존재하는 제2 위치 사이에서 플러그 가이드의 내측 하우징 안에서 슬라이딩되도록 구성되고, 상기 플러그의 상기 상류단은 열의 영향 아래에서 파단되도록 구성되는 적어도 하나의 유지 요소에 의해서 상기 제1 위치에 유지되는, 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유지 요소(들)는(은) 결정된 온도 이상에서 파단되도록 구성되는 재료로 만들어지는, 조절 장치.
  3. 노즐 쓰로트를 포함하는 가변 쓰로트 구간의 노즐로서,
    상기 노즐은 상기 가스 분사 구간을 조절하기 위한 청구항 1에 따른 조절 장치를 더 포함하고, 상기 조절 장치는 상기 노즐 쓰로트로부터 상류에서 상기 노즐 내에 배치되는, 노즐.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 노즐은 에어로스파이크(aerospike) 타입의 노즐인, 노즐.
  5. 청구항 3에 따른 가변 쓰로트 구간의 노즐을 포함하는, 추력기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 추력기는 추진 장약(propellant charge)을 수용하는 쉘을 포함하고, 가변 쓰로트 구간의 상기 노즐은 연장부 또는 힌지식 연결부에 의해서 상기 쉘의 후방 단부 벽에 연결되는, 추력기.
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