JPH0725630B2

JPH0725630B2 - ダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤

Info

Publication number: JPH0725630B2
Application number: JP26813288A
Authority: JP
Inventors: 浪之介久保田; 吾郎中下; 直園部; 治昭清水
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長; 日本油脂株式会社
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH02116694A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤
に関する。

〈従来の技術〉ダクテッドロケットエンジンは、通常一次燃焼室でガス
発生剤を燃焼させて高温の燃料に富んだガスを発生さ
せ、このガスを二次燃焼室へ導いて二次燃焼室内に取り
入れた空気によって完全燃焼させるものであり、通常の
ロケットに比較して高推力を得ることができる。

ダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤としては
コンポジット推進薬の成分が一部用いられており、燃料
兼粘結剤となるバインダー、金属燃料となる金属粉、及
び酸化剤が主成分となっている。コンポジット推進薬に
用いられているバインダーとしては、ポリブタジェン、
ポリウレタン等の他に、高エネルギーバインダーとして
アジドメチル基を保有したポリエーテル（特開昭62−26
5192）等があり、また金属粉としてはアルミニウム、ボ
ロン等が使用され、酸化剤としては過塩素酸アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム、ニトラミン等が用いられてい
る。

通常のコンポジット推進薬では、高温で多量のガスを発
生させるために、酸化剤を多量に含有することが必須と
なっている。したがって、ダクテッドロケットエンジン
用固体ガス発生剤に通常のコンポジット推進薬を用いた
場合、発生したガズは一次燃焼室でほとんどが燃焼する
ため、二次燃焼室に導かれるガスには燃焼成分が少な
く、エンジンの性能を十分に発揮できない。

ダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤として
は、酸化剤成分はガス発生剤の燃焼を阻害しない範囲に
おさえ、燃料成分の多い組成にする必要がある。

そこで金属燃料としてアルミニウム、ボロン、アルミニ
ウムとマグネシウムの合金であるマグナリウム等の金属
粉を多く含有するダクテッドロケットエンジン用固体ガ
ス発生剤が提案されている。（特開昭59−92992号公
報、特開昭61−127692号公報）これらの公報に具体的に開示されているダクテッドロケ
ットエンジン用固体ガス発生剤は、金属燃料が40〜50重
量％、燃料兼粘結剤として末端水酸基ポリブタジェン
（HTPB）が15〜20重量％、酸化剤として過塩素酸アンモ
ニウムが35〜40重量％からなるものである。

〈発明が解決しようとする課題〉しかし、前記のような従来のダクテッドロケットエンジ
ン用固体ガス発生剤でも酸化剤を35〜40重量％含有する
ため、一次燃料室で金属燃料や燃料兼粘結剤であるバイ
ンダーが一部酸化され、十分に燃料成分に富んだガスを
発生しにくく又、燃焼速度も遅いためガス発生量が少な
く、さらに圧力指数も低く、一次燃焼室のノズルスロー
ト面積を変化させて一次燃焼室からのガス流量を制御す
ることが困難であるという問題もあった。

例えば、ノズルスロート面積を1/2に絞った場合、圧力
指数が0.4ならばノズルからのガス流量は約3.2倍にしか
増加しないが、圧力指数が0.7であればノズルからのガ
ス流量は約10.1倍に増加する。圧力指数の変化にともな
って、、ノズルスロート面積の変化率とノズルからのガ
ス流量との関係がどのように変化するかを図面に示す。
実用上の効果的な圧力指数は0.5〜0.7程度が望ましい。

本発明者らは、従来のダクテッドロケットエンジン用固
体ガス発生剤の欠点を考慮して鋭意研究した結果、側鎖
にアジドメチル基を有する末端水酸基脂肪族ポリエーテ
ルの主鎖にエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイ
ド又はそれらのいずれかを特定量付加重合させたポリエ
ーテルを特定量含有するガス発生剤は、酸化剤が含有さ
れなくとも、安定に燃焼し、かつ燃料成分に富んだガス
を発生させ、かつ高燃焼速度、高圧力指数である特徴を
有する知見を得て本発明を完成した。

〈課題を解決するための手段〉本発明は、一般式（式中ｎは10〜50、ｍ＋ｌは１〜10を表わす。）で示される側鎖にアジドメチル基を有する末端水酸基脂
肪族ポリエーテルを80〜95重量％含有することを特徴と
するダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤であ
る。

本発明において、前記ポリエーテル以外に、硬化剤、架
橋剤及び硬化触媒等が含まれる。

本発明に用いられる前記一般式で示されるポリエーテル
において、ｎの値が50を越えると粘度が高くなって製造
性が悪くなる。一方ｎの値が10未満では固体ガス発生剤
の物性が低下する。

好ましくは、ｎ＝20〜50の範囲である。又、ｍ＋ｌが10
を越えれば、ガス発生剤の燃焼速度が低下する。好まし
くは、ｍ＋ｌがｎ×0.2以下の範囲である。このポリエ
ーテルの含有量は、80〜95重量％である。好ましくは、
85〜95重量％である。80重量％未満では、燃焼速度が低
下し、また95重量％を越えると固体ガス発生剤の物性が
低下する。

本発明に用いられる硬化剤は、例えばヘキサメチレンジ
イソシアネート（HDI）、イソフォロンジイソシアネー
ト（IPDI）、トリレンジイソシアネート等の多環能イソ
シアネート化合物およびポリメチレンポリフェニルポリ
イソシアネート化合物等のポリイソシアネート化合物で
あり、好ましくは、HDIである。

本発明に用いられる架橋剤としては、例えばトリメチロ
ールプロパン（TMP）及びポリエーテルトリオール、ポ
リエステルトリオール等の三官能以上の多官能ポリオー
ル類等である。好ましくは、TMP又は、分子量1000以下
の三官能ポリオールである。

本発明に用いられる硬化触媒としては、例えばジブチル
スズジラウレート（DBTDL）、ジブチルスズ（２−エチ
ルヘキソエート）等の有機スズ化合物やトリフェニルビ
スマス等の有機ビスマス化合物及びトリエチレンジアミ
ン等のアミン類である。なかでも触媒効果の高い、DBTD
L又は、ポットライフが長くかつ硬化時間を短縮できる
トリフェニルビスマスが好ましい。

以上の添加物の割合は、一般に硬化剤が５〜20重量％、
架橋剤が０〜５重量％、硬化触媒が０〜0.01重量％であ
る。

以上の添加物以外に、必要に応じて過塩素酸アンモニウ
ム（AP）、トリアミノグアニジンナイトレート（TAG
N）、シクロテトラメチレンテトラニトラミン（HMX）、
シクロトリメチレントリニトラミン（RDX）等の酸化剤
や1,2,4−ブタントリオールトリナイトレート（BTT
N）、トリメチロールエタントリナイトレート（TMETN）
等のニトロ可塑剤やアルミニウム、マグネシウム、これ
らの合金、ボロン等の助燃剤を含有させることもでき
る。

次に本発明の固体ガス発生剤に含有させる前記一般式で
示されるポリエーテルの製造法を例示する。

即ち、エチレングリコール、プロピレングリコール、α
−モノクロルヒドリン及びそれらの重合体からなるジオ
ール類に反応触媒を溶解し、その系中でエピクロルヒド
リンとエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドも
しくは、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとプ
ロピレンオキサイドとを付加反応させて側鎖にクロルメ
チル基を持つ末端水酸基脂肪族ポリエーテルを製造し、
次いで前記ポリエーテルとアジ化ナトリウムとをジメチ
ルホルムアミド（DMF）中で反応させる。得られたポリ
エーテルは、元素分析、赤外吸光分析、分子量測定、水
酸基価測定等により前記一般式で表わされる構造を有す
ることが確認された。

本発明のダグテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤
は、例えば前記一般式で示されるポリエーテルに、架橋
剤、硬化触媒、次いで硬化剤を加えて真空混和し、この
混合物を成型容器に注型し、所定時間加温して硬化させ
ることにより製造される。

〈発明の効果〉本発明のダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤
は、特定のポリエーテルを含有することによって自立燃
焼性を有し、かつ燃料成分の多いガスを発生できる特徴
を有する。さらに高燃焼速度、高圧力指数を有すること
により、ガス発生率の制御が容易となり、ダクテッドロ
ケットエンジンの推力制御を容易に可能ならしめる特徴
を有している。固体ガス発生剤の形状としては、端面燃
焼、内面燃焼、その他目的に応じてグレインの設計は可
能である。

又、金属燃料等の助燃剤を含まない場合には、無煙性と
いう特徴も有している。

〈実施例〉以下に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明す
る。

実施例１前記一般式で示される側鎖にメチルアジド基を有する末
端水酸基脂肪族ポリエーテル（但し、ｎ＝25、ｍ＝１、
ｌ＝０）84.82重量部に架橋剤であるトリメチロールプ
ロパン（TMP）3.18重量部及び硬化触媒であるジブチル
スズジラウレート（DBTDL）0.01重量部を加えて60℃に
加温し、30分間真空混和を行った。次いでこの混合物に
硬化剤であるヘキサメチレンジイソシアネート（HDI）
を11.99重量部加え、さらに10分間真空混和を行って液
状混和物を得た。次いでこの液状混和物を所定の成型容
器に真空下で注型し、脱泡後60℃で７日間硬化して第１
表１に示される組成のダクテッドロケットエンジン用固
体ガス発生剤を得た。

得られたガス発生剤を用いて以下に示す方法で燃焼試験
及び物性試験を行った。

（燃焼試験）前記ガス発生剤を7mm×7mm×130mmの棒状の試料に加工
し、その表面にメラミン樹脂を塗布してストランド片を
作成した。このストランド片についてクロフォード型ス
トランド試験装置を用いて窒素ガス圧力10〜70Kgf/cm²
下で燃焼させ、燃焼速度を測定した。次いで圧力と燃焼
速度との関係から圧力指数を算出した。

（物性試験）前記ガス発生剤からJIS K6301（加硫ゴム物理試験法）
に基づき試料を作成して、以下に示す条件で引張特性を
測定した。

試験片:3号ダンベル引張速度:100mm/min 測定温度:20℃ 以上の試験で測定又は算出した燃焼速度、圧力指数、引
張強度及び伸びを第１表に示す。

実施例２〜10 実施例１に準じて第１表に実施例２〜10に示される組成
のガス発生剤を各々製造した。

各々のガスの発生剤について実施例１と同じ方法で燃焼
試験及び物性試験を行った。

各々の試験結果を第１表に示す。

比較例１実施例１で用いたポリエーテルの代りに末端水酸基ポリ
ブタジェン（HTPB）を用い、実施例１と同様な方法で第
２表に示される組成のガス発生剤を製造した。

このガス発生剤を用いて実施例１と同じ方法で燃焼試験
及び物性試験を行った。

試験結果を第２表に示す。

比較例２〜６第２表の２〜５に示されるガス発生剤を実施例１に準じ
で各々製造した。

各々のガス発生剤について実施例１と同じ方法で燃焼試
験及び物性試験を行った。

各々の試験結果を第２表に示す。

実施例１〜６は燃料兼粘結剤となるバインダーが前述せ
る一般式で示される側鎖にアジドメチル基を有する末端
水酸基脂肪族ポリエーテルよりなる本発明の固体ガス発
生剤である。これらの実施例は燃料兼粘結剤が末端水酸
基ポリブタジェン（HTPB）のみからなる固体ガス発生剤
の比較例１と比較するといずれも自立燃焼性を有するこ
とが明らかである。比較例２はコンポジット推進薬に用
いられている組成である。比較例２と比較例４の燃焼性
能を実施例と比較すれば、前記ポリエーテルの含有量が
80重量％以上（実施例）では燃焼速度が著しく増加し、
かつ圧力指数も増加して高燃焼速度、高圧力指数の特徴
を有することが明らかである。

又、物性を比較すると、前記ポリエーテルの含有量が95
重量％を越える比較例５では100％伸び時の応力（σ10
0）が実施例に比べ著しく低下している。又、ｎが50よ
り大きいポリエーテルを用いた比較例３、ｎが10より小
さいポリエーテルを用いた比較例６では同様にσ100が
実施例に比べ低下し物性が低下している。

実施例７〜10は燃料兼粘結剤の他に少量の酸化剤又は金
属燃料を含有する固体ガス発生剤であり、いずれも高燃
焼速度、高圧力指数の特性を有している。

【図面の簡単な説明】

図面は、各圧力指数におけるノズルスロート面積の変化
率とノズルからのガス流量増加率との関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式、（式中ｎは10〜50、ｍ＋ｌは１〜10を表わす。）で示される側鎖にアジドメチル基を有する末端水酸基脂
肪族ポリエーテルを80〜95重量％含有することを特徴と
するダクテッドロケットエンジン用固体ガス発生剤。