JPH0442538B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体推薬成型体と固体推薬成型体を
用いるロケツト機関を包含したガス発生装置とに
関し、特に、質量流量が可変な固体推薬とこの固
体推薬を用いたガス発生装置に関する。

〔従来の技術〕

ロケツト機関において固体推薬の質量流量を可
変にすることは、例えば、高圧・高加速の昇圧運
転状態の次に低圧維持運転状態を継続させるため
に好ましいとしばしば考えられる。可変質量ロケ
ツト機関は、固体推薬成型体の形状を変えること
によつても提供される。例えば、固体推薬成型体
の後部に、星形断面の穿孔を軸方向に配し、推薬
の燃焼面積を大きくして、ロケツト機関の昇圧運
転時に推薬を軸方向だけでなく半径方向にも燃焼
させることが可能である。

また、固体推薬成型体前部が端面燃焼室を形成
するようにして、この部分の固体推薬には穿孔を
設けずに、あるいは穿孔を設けても該穿孔内面は
燃焼を抑制されており、推薬が軸方向にのみ燃焼
するようにして圧力維持運転状態を遂行させるこ
ともできる。可変質量流量は米国特許第3888079
号に開示されているようなパルスロケツト機関に
よつても達成できる。前記米国特許に開示されて
いるように、上記ロケツト機関は同一軸線上に前
後に配設された少くとも２個の燃焼室を有し、前
部燃焼室内では推薬は昇圧運転用の形状に、ま
た、後部燃焼室内では圧力維持運転用の形状に形
成されている。上述のパルス化された機関は燃焼
室間を隔てる複雑な形状の隔壁を必要とするた
め、例えば低価格で複雑でなく、しかも信頼性の
高い推薬形状が必要とされるミサイル発射筒直立
装置の駆動機構をはじめとする多くの用途には不
適当である。

しかし、通常の推薬は一般的なロケツト機関の
要請に合致させて最初に昇圧運転を行い次に圧力
維持運転を行う形状に形成されている。しかし固
体推薬成型体に対する要請としては、最初に低質
量流量の圧力維持運転を行い、次に質量流量の高
い昇圧運転を行うようなものもある。例えば、ミ
サイル発射筒直立装置駆動機構においては、発射
筒を直立位置に保持するのに必要なガス圧は、ミ
サイル発射時の反力による荷重を受けるのに必要
とされるガス圧に較べて低いから、駆動機構のガ
ス圧を非常な短時間で更に上昇させ、ミサイル発
射時に受ける大きな荷重に耐えてつぶれないよう
にすることが必要である。

駆動機構内でこの高圧が達成された後に、ミサ
イルを発射させ得る間だけ、この高圧を維持する
必要がある。そこで、この種の駆動機構において
は、推薬後部では圧力維持運転用に小さな燃焼面
積を、中間部では昇圧運転用に大きな燃焼面積を
持つことが望ましいと考えられる。

比較的ガス発生量の少い圧力維持運転状態で
は、推薬は一般的には端面燃焼室として知られる
形状になつている。即ち、推薬には穿孔が設けら
れていないか、あるいは穿孔が設けられていても
穿孔側面は燃焼を抑制されており、その結果火炎
面は、通常長軸線に垂直な面上になり、火炎は推
薬の後端から前端へと長軸方向に伝幡する。一
方、昇圧運転状態の推薬は、その長軸方向に穿孔
を設けられており火炎は推薬の長軸方向だけでな
く穿孔内部からその側面方向にも伝幡するため、
高速でガスを発生する。米国特許第3427805号に
は推薬成型体に不燃性物質の層を接着させて形成
した燃焼抑制壁を設けることが開示されている。
この場合後部に低速燃焼推薬を設け、それに引き
続き前部に高速燃焼推薬を配すると言う構成が望
ましいにもかかわらずその構成がとれない場合に
選択的に燃焼速度を低減させる手段を提供してい
る。

推薬の端面燃焼室部分での燃焼中、ガスが発生
し、それにより推薬に圧力が加わるが、固体推薬
成型体は一般に弾性率の小さい弾性材料から成つ
ており、適切に支持されていないと上記の圧力下
では割れ若しくは「浸食」を発生しやすい。この
ような推薬の割れは、燃焼面積の過度の増加を生
じさせ好ましくない爆発燃焼を発生させる。この
ように、推薬の周囲に発生したガスの圧力と、推
薬中央空洞部分の相対的に低圧のガスとの圧力差
により推薬の好ましくない割れ、「浸食」が発生
する可能性がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、比較的低質量流量の圧力維持
運転に続き、高質量流量の昇圧運転を実現するよ
うな燃焼をしてしかも、圧力維持運転時に割れを
生じない信頼性の高い固体推薬成型体を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、前記の昇圧運転状
態の次に、さらに別の低質量流量の圧力維持運転
状態をもたらすような固体推薬成型体を提供する
ことにある。

更に、本発明の目的としては、可変制御弁若し
くは複数の推薬、複数の点火器等を必要とせずに
異つた質量流量のレベルで運転可能な固型推薬使
用のガス発生装置を提供することがある。

本発明の別の目的は、低価格で、複雑でなく、
しかも信頼性の高い、ミサイル発射筒直立装置の
駆動機構用固体推薬成型体を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、一対の端部を有する固体推進
剤の長尺質量体と、該質量体中に設けられ、その
長軸方向に部分的に貫設されると共に該質量体の
前記端部の少くとも一方の端部中にまでは延設さ
れていない空洞部を形成するように軸方向に延設
された壁と、前記空洞内に配されて前記固体推進
剤質量体を支持している栓体とを具備し、少くと
も前記壁の長さ方向の一部分において前記壁と前
記栓体との間に空隙ができるように該栓体の寸法
が決められており、それにより前記固体推進剤質
量体内部に長軸方向に広がる火炎の伝幡表面を形
成するようにしたことを特徴とする固体推薬成型
体が提供される。本発明の固体推薬成型体によれ
ば、点火初期の圧力維持運転の後、 火炎が前記壁と栓体間の空隙を伝幡することに
より、圧力維持運転に引き続き昇圧運転状態を達
成でき、しかも前記空洞内に前記栓体が配され推
薬を支持しているため初期の圧力維持運転時に推
薬に割れを生じない。

〔実施例〕

上記に説明した本発明の目的、特徴、利点等に
関し、以下に添付図面を参照して詳細に説明する
好適な実施例を介して明らかにする。第１図は本
発明の推薬成型体を用いるガス発生器を使用す
る、ミサイル発射筒直立用の駆動機構１６を示し
ている。

又参照番号１２による想像線で図示されている
のは発射筒１０をミサイル発射のために略垂直位
置に達するまで駆動する駆動機構である。そして
参照番号１４は略垂直位置にある発射筒を示して
いる。ここで参照番号１６で図示されているの
は、発射筒１４を垂直位置まで駆動した後の駆動
機構である。

該駆動機構１６は１組の入れ子式（テレスコピ
ツク式）の伸縮部材１８を備えており、本発明の
ガス発生器２０はこの伸縮部材の内部に装着され
ている（従つて第１図にはガス発生器２０は図示
されておらず、参照符号20は伸縮部材１８内部の
ガス発生器装着位置を示している）。ガス発生器
は長さ630mm（25インチ）、直径110mm（4.5イン
チ）程度の大きさで燃焼により入れ子式の伸縮部
材１８を伸張させるガスを発生する。第２図から
第４図はガス発生器２０の形状を示し、第２図は
ガス発生器２０を後端側から見た端面図、第３図
は第２図の３−３線に沿つた断面図、第４図は第
３図４−４で示した部分の拡大図である。ガス発
生器２０は長尺の略円筒形カートリツジ２２の形
をしており、好ましくは入れ子式の伸縮部材の最
も小径部、即ちこの場合にはケーシング２４とし
て働く上部の入れ子式伸縮部材１８中に挿入可能
である。

カートリツジ２２は、発射筒立ち上げに使用し
た後に新品と交換することも可能である。但し、
本発明においてガス発生器がカートリツジ式であ
ると言う事は別に本質的な問題ではない。

例えばロケツト機関に応用する場合には固体推
薬成型体の断熱材はロケツト機関のケーシングに
適宜に貼着可能である。前記ガス発生器２０は、
長尺の略円筒形２８の形に形成した固体推進剤か
ら成る成型固体推薬を具備している。固体推進剤
２８はどのような適宜な材料から構成されても良
く、例えば下記に示すような重量％の組成が用い
られている。

液体カルボキシ末端基ブタジエンポリマー（燃
料） 18.73％ 液体エポキシド硬化剤（燃料） 1.0％ オクタン酸クロム硬化触媒 0.02％ サーマツクス カーボンブラツク不透明化剤0.25 オキサミド粒状冷却・燃焼速度抑制剤（燃料）
2.50％ ヂヒドロオキシム（C₂H₄O₄N₂）粒状一元推進剤
（酸化剤及び燃料） 32.00％ NH₄ClO₄粒状酸化剤 45.50％ 上記の表の最初の２つの原料は、本発明の属す
る技術分野における周知の法則により、推薬成型
体の引張り強度を調節するため僅かに増減され
る。前記の推進剤は発射筒直立装置駆動機構用と
しては好適な推薬であるが、本発明は特にこの推
薬だけに限定されるわけではなく、それぞれの応
用例に適当な全ての推薬を包含することに注意願
いたい。固体推進剤２８とケーシング２４との間
に、固体推進剤２８にその全長にわたり貼着し、
又推薬カートリツジ２２の前端部３０にも貼着さ
れた断熱材の層３２があり、この断熱材は適宜な
断熱性を持つた材質、例えばエチレンプロピレン
三量体（EPDM）から成つている。ここで本明
細書においては、「後端」は燃焼が開始するよう
に形成された側の推薬端部を指し、「前端」はそ
の反対側の推薬端部を指す。

説明の都合上推薬２６を後部３４、中央部３６
及び前部３８に分ける。推薬２６の燃焼は後部３
４で開始し、前部３８で終了する、そして適宜な
点火装置（図示されていない）が後部３４の燃焼
を開始させるため配置されている。普通ミサイル
発射筒を発射位置に立ち上げるには、水平位置の
約200Kg／cm²（約3000PSI）から垂直位置の約40
Kg／cm²（約600PSI）までの範囲にわたる圧力が
それぞれ必要となる。上記の圧力を得るため前記
推薬後部３４では推薬は好適には通常、端面燃焼
室の形状に形成される。図示したように後部３４
は点火を容易にし、発射筒１４を立ち上げるため
の圧力維持運転状態に必要な所定の質量流量を得
るために後部３４の一部を通る穿孔４２を有して
いる。

発射筒１４はその中からミサイルを発射する間
その位置に保持されていなければならず、この発
射の間には駆動機構１６に大きく増加した力が加
わることになる。前記駆動機構１６がミサイル発
射期間中に倒潰するのを防ぐためには駆動機構の
行程最終圧である約200Kg／cm²（約3000PSI）を
大幅に上回つた圧力が必要となる。上記のような
大きな圧力に、即ち昇圧運転状態に達するため本
発明によれば空洞部４４が好適には推薬２６と同
一軸線上に推進剤２８の中央部３６を通つて長軸
方向に延設され、推薬２６の内側に推進剤内壁４
６を配設している。この内壁４６は長軸方向に中
央部３６の全長にわたり延設され後部３４のとこ
ろで該内壁が後部３４に入り込まないような形で
終結している。前記燃焼表面４６は、推進剤２８
中の内部火炎伝幡面とも言われ、第５図に示すよ
うに中央部３４の全長にわたり推薬２６の半径方
向に火炎を伝幡させ燃焼表面積を大きく増加さ
せ、従い昇圧運転のために圧力を上昇させる。

前記空洞は推薬２６の内面にあるため、もし燃
焼表面４６が適切に支持されていない場合最初の
圧力維持運転状態で固体推進剤に加わる力により
該推進剤２８が空洞４４のまわりで崩壊する可能
性がある。推進剤２８が上記のように最初の圧力
維持運転状態で崩壊するのを防ぐため、本発明の
好適な実施例に依ると空洞４４は前部３８まで貫
設され、支持栓５０が空洞４４に装填される。前
記支持栓５０は、推進剤２８を適切に支持し、崩
壊するのを防ぐものであれば、どんな材料から構
成されても良いが好適には支持栓５０は不燃材、
例えば、フエノールリネンのようなもので形成さ
れる。

第４図に示すように、本発明に依れば、内壁４
６に沿つて効果的に火炎が伝幡するように、前記
支持栓５０は、該支持栓と内壁４６の間に、符号
５２で示されている空隙をもたらすような寸法に
形成されており、しかも該支持栓５０は好適に
は、そのまわりに空隙５２を保つように、後述す
るような形に配設固着される。前記空隙５２は火
炎が効率的に伝幡するように充分大きくなければ
ならないが、一方後部３４での燃焼期間中、推進
剤２８に割れが起きて好ましからぬ高圧若しくは
爆燃を生じないよう充分に小さくなければならな
い。空隙５２の大きさは推進剤のタイプ、温度範
囲、推薬の形状、初圧等の要因に応じて変えら
れ、この発明が属する分野における周知の法則に
より決定される。前述の推進材種類と第２図、第
３図及び第４図に示した推薬の寸法、そして前述
の議論から、空隙５２は好適には約0.25mmから
0.75mm（約0.010から0.030インチ）の範囲、更に
好ましくは約0.50mm（約0.020インチ）となろう。

本発明をある種の型のガス発生器に応用する場
合、推薬２６の残りの燃焼期間中ずつと昇圧運転
状態を維持することが必要なことも考えられる。
このような結果を得るためには空隙５２は中央部
３６及び前部３８の両方の全長にわたり延設され
る。又、他の応用例においては、一度圧力上昇が
得られたら、その高圧をある一定期間保持するこ
とが必要な場合もある。

第１図の駆動機構１６の応用例においては、一
旦200Kg／cm²から270Kg／cm²（3000から4000PSI）
程度の上昇圧力を得た後は、ミサイルをその間に
発射筒１４から発射し得るよう30秒〜60秒程度の
間上記ガス圧力を維持する事が望ましい。本発明
の好適な実施例によれば、このような圧力維持運
転状態を達成するため、前記支持栓５０の前部３
８内に在る部分は前記栓５０と内壁４６との間で
約６mm（1/4インチ）の空間５４ができるように
寸法が決められており、該空間５４には推薬前部
３８部分の内壁４６に沿つて燃焼抑制剤として働
くように断熱材５６が充填され、内壁４６に参照
番号58で図示する適宜な接着剤で貼着されてい
る。そして、これにより推薬前部３８は低質量流
量の端面燃焼状態に移行される。前記断熱材５６
は前記支持栓５０にも適宜に貼着されても良く、
又断熱材３２と同一若しくは異なつた材料から形
成されても良い。

推薬前部３８の内壁に貼着した断熱材５６が燃
焼抑制剤として働くため、火炎面はもはや内壁４
６に沿つて推薬前部３８に伝幡できず、その結果
火炎は推薬内壁から半径方向に伝幡して行けなく
なる。

こうして、火炎伝幡面の面積は推薬中央部から
前部へかけて大きく減少し、燃焼は圧力維持運転
状態になる。

第５図には、火炎伝幡が長軸方向だけでなく推
薬外側に向つて半径方向にも行われ高圧力を発生
する推薬中央部３６内の高速燃焼の昇圧運転状態
から火炎が長軸方向には伝幡するが半径方向には
ほとんど伝幡せず、圧力上昇段階で到達した圧力
を保持する推薬前部３８内での低速燃焼の圧力維
持運転への変化が図示されている。断熱材５６は
前記支持栓５０を装着した後前記空間５４に注入
され、硬化及び内壁４６と支持栓５０への接着が
起こる。断熱材５６の一部が、上記の注入、硬化
の過程で昇圧運転用の空隙５２に侵入するのを防
ぐため、本発明の好適な実施例によれば、推薬中
央部３６の前端部分にある前記支持栓５０の一部
分６０が最適には第４図に示すように推薬内壁４
６と同じ直径になるように該支持栓５０が形成さ
れており、前記断熱材５６が注入、硬化の間に空
隙５２に侵入するのを防ぐシール部を形成すると
共に空隙５２が支持栓５０の周囲に一様に形成さ
れるようにしている。注入、硬化期間中の断熱材
５６の空隙５２への侵入を更に確実に防止するに
は、第４図で参照番号６２で図示したように断熱
材の一部、幅３mm（1/8インチ）程度を最初に注
意して注入し、硬化させその後６２部分をシール
部として利用し残りの断熱材を注入、硬化させ
る。

前記６２部分は約16℃から38℃（60〓から100
〓）で１〜２時間で硬化するので、その後断熱燃
焼抑制材５６を注入し、約21℃から38℃（約70〓
から100〓）で48から60時間で硬化させれば良い。

断熱材５６を注入する前に接着表面は、約77℃
から93℃（170〓から200〓）で16時間から24時間
と言つた適切な時かをかけて乾燥させなければな
らない、そしてその後商標名ケムロツク205
（Chemlok 205）のような適当な接着剤を接着面
に塗布し、15分から30分放置して乾燥させ、その
後約82℃から93℃（180〓から200〓）で１から２
時間硬化させる。

“ケムロツク”（Chemlok）は米国ヒユーソ
ン・ケミカルズ（Hughson Chemicals）社の商
標名である。

推薬の燃焼中、燃焼ガスによる圧力を推薬前端
部に導き、推薬前端部と後端部の圧力を均衡させ
て推薬を保護するため、第２図に参照番号６４で
示す通気孔が設けられている。通気孔６４は断熱
材３２外面に軸線方向に推薬２６の全長にわたつ
て設けられたガス通路であり、推薬前端部と後端
部とを連通している。第２図の実施例では、通気
孔は断熱材３２外面に形成された長手方向の溝と
して示されている。また、推薬後部３４の燃焼
中、燃焼ガス圧力は通気孔６４により推薬２６の
外周に作用し、推薬２６には外周から中心方向に
向う圧力が加わるため推薬２６内の空隙５２はこ
の圧力により閉じることになる。前述のように、
この空隙５２が閉じた際推薬２８に割れが生じな
いよう、空隙５２は充分に小さくなければならな
い。これにより、前記支持栓５０が推薬２８を支
持して空洞４４の内部に崩壊したり若しくは割れ
が生ずるのを防いでいる。又、推薬後部３４が燃
焼して火炎が空洞４４内に伝幡した後は内壁４６
にかかる圧力と推薬２６の周囲及び通気孔６４の
中の圧力は均衡するため、空隙５２は充分な大き
さに開き、内壁４６に沿つて大きな表面積を与
え、火炎が推薬中央部３６の半径方向に伝幡して
昇圧運転状態の、より高速のガス発生を生じさせ
る。

ミサイルを発射した後は、入れ子式伸縮部材１
８は折りたたまれ、発射筒をその水平位置１０に
戻すことが好ましい。

もし、推薬２８の燃焼後、残滓が駆動機構１６
の底部に落ちた場合、それにより、伸縮部材の折
りたたみ動作中に好ましくない固着を生ずる可能
性がある。上記のような固着が起きるのを防ぐた
め本発明の好適な実施例によれば、第２図に示す
ように２つ又はそれ以上の管状の支持部材６６が
推薬２６のそれぞれ反対側の通気孔６４に挿入さ
れ断熱層３２の全長にわたり延設されて推薬２８
が燃焼した後前記断熱材が潰れるのを防いでい
る。更に、栓５０と同じ若しくは異なつた、不燃
性の材質で作られた栓６８が推薬２８の前端部３
０の断熱層３２と断熱材５６の間に挿入、接着さ
れ断熱材３２及び５６と栓５０を推薬２８の燃焼
後も定位置に保持している。本発明が属する技術
分野の通常技術により、１又は数本の心棒を用い
て空洞４４を含めて空洞を形成しつつ推薬を注入
し硬化させた後、栓５０及び６８が挿入される。
そして断熱材５６が注入され前述のように硬化し
て内壁４６と栓５０及び６８の表面に接着し、次
に本発明が属する技術分野においては周知の方法
で断熱層３２が推薬周囲に注入され適切に硬化さ
れ、そして支持部材６６が装着される。又は、断
熱層３２を最初に形成し、その中に推薬２６を注
入しても良い。

使用の際、上記により形成したカートリツジ２
２は、駆動機構１６の適当な大きさに作られたケ
ーシング２４内に適宜に挿入される。使用後は、
カートリツジ２２は他のカートリツジに交換され
る。

本発明はここに図示若しくは説明した特定の実
施例に限定されるわけではなく、様々な実施態様
が特許請求の範囲に述べられた本発明の範囲内で
構成可能なことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の固体推薬成型体を
用いたガス発生器を使用するミサイル発射筒駆動
機構を示す図、第２図は本発明の実施例の固体推
薬成型体を用いたガス発生器の後端側から見た端
面図、第３図は第２図のガス発生装置の３−３線
による縦断面図、第４図は第３図の４−４部分の
拡大図、第５図は火炎伝幡を図示する第３図の推
薬の一部の略示図。 ２６……固体推薬成型体、２８……固体推進
剤、４４……空洞、４６……内壁、５０……栓
体、５２……空隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の端部を有する固体推進剤の長尺質量体
   と、 該質量体中に設けられ、その長軸方向に部分的
   に貫設されると共に該質量体の前記端部の少くと
   も一方の端部中にまでは延設されていない空洞部
   を形成するように軸方向に延設された壁と、前記
   空洞内に配されて前記固体推進剤質量体を支持し
   ている栓体とを具備し、少くとも前記壁の長さ方
   向の一部分において前記壁と前記栓体との間に空
   隙ができるように該栓体の寸法が決められてお
   り、それにより前記固体推進剤質量体内部に長軸
   方向に広がる火炎の伝播表面を形成するようにし
   たことを特徴とする固体推薬成型体。 ２ 前記空隙の大きさは約0.25mm（0.010インチ）
   から約0.75mm（0.030インチ）の間である請求の
   範囲第１項に記載の固体推薬成型体。 ３ 前記壁が、前記固体推進剤質量体の前記一対
   の端部における他の一方の端部中まで該質量体の
   長軸方向に貫設され、以つて前記空洞部も前記他
   の一方の端部中に貫設されており、かつ該他の一
   方の端部には前記壁に燃焼抑制手段を具備してい
   る請求の範囲第１項に記載の固体推薬成型体。 ４ 前記固体推進剤の周囲にその全長にわたり該
   推進剤に係合する別の断熱材と、該断熱材中に前
   記固体推薬成型体の全長にわたり延設された通気
   手段とを具備し、該固体推薬成型体の前部と後部
   の圧力を均衡させている請求の範囲第１項に記載
   の固体推薬成型体。 ５ 前記端部のうち少くとも１つは端面燃焼部分
   である請求の範囲第１項に記載の固体推薬成型
   体。 ６ 長尺の容器と、該容器中に相互に縦設、配置
   された前部、中央部及び後部を具備する固体推薬
   成型体と、該成型体中に長軸方向に延設され、少
   くとも前記中央部を貫通して前記後部まで連通し
   た空洞を形成するように長軸方向に延接され前記
   固体推薬の少くとも前記中央部を貫通し前記後部
   に達している壁形成手段と、前記空洞内に配され
   前記固体推薬成型体を支持している栓体とを具備
   したガス発生器において少くとも前記壁形成手段
   の長さ方向の一部にわたつては該壁形成手段と前
   記栓体との間に空隙ができるように前記栓体の寸
   法が決められており、それにより前記固体推薬成
   型体中に長軸方向に広がる火炎の伝播表面を形成
   することを特徴とするガス発生器。