JPH10231753A - 固体燃料ガス発生器におけるガス流量調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でスロートの開口面積を連続的に
変化させることができると共にその駆動機構が高温ガス
に曝されることがなく、小型軽量で耐久性の高い固体燃
料ガス発生器におけるガス流量調節装置を提供する。 【解決手段】 ガス流量調節装置２０は、ノズル３０
に、回動軸２２から外周縁までの距離が基底半径部２１
Ａから漸次大径側に変化して最大半径部２１Ｂに至るよ
うに形成された絞り板２１が、ノズル３０の外側に設け
られたステッピングモーター４０によって回転駆動され
るように設けられ、その回転によってノズル３０の開口
断面との干渉量が変化してノズル３０の開口面積が変化
するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロケット等に用い
られる固体燃料ガス発生器において推進力を制御するた
めにガス流量を調整する固体燃料ガス発生器におけるガ
ス流量調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気圏外を飛行するロケットや、大気圏
内を飛行するラムロケットとして、燃料に固体推進薬を
用いるものがある。

【０００３】このような固体燃料を用いるロケットは、
構造が簡単で重量当たりの比推力が高い反面、燃焼の中
断・再着火を含む燃焼制御による推力の増減が困難であ
るという問題を有している。

【０００４】燃焼制御方法は種々提案されているが、そ
の中にノズルの断面積を機械的に変化させ、それによっ
て燃焼室内の圧力を変化させて燃焼速度を制御する可変
形状ノズル制御法と呼ばれるものがある。

【０００５】このような可変形状ノズル制御法を適用し
た制御構造としては、多孔ノズルやピントルノズルが知
られている。

【０００６】多孔ノズルは、図４に概念図を示すよう
に、複数（図は８個）のノズル孔５１Ａが周方向に等角
度間隔で形成されたノズル円盤５１に、該ノズル円盤５
１のノズル孔５１Ａと対応する位置にそれぞれ異なる角
度範囲の長穴状に調節孔５２Ａが形成された開閉制御板
５２が回転可能に重合配置され、開閉制御板５２を回転
させることによってその調節孔５２Ａと対応したノズル
孔５１Ａが開口するようになっており、図示構成では、
最大で８個全部のノズル孔５１Ａが開口すると共に、最
小では２個のノズル孔５１Ａが開口し、これによってノ
ズル全体の開口面積が変化するようになっているもので
ある。

【０００７】また、ピントルノズルは、図５に当該部位
の半断面図を示すように、軸方向に出入り駆動可能なピ
ントル６２を備えたハウジング６１が、チャンバ６０の
中央に支柱６３によって支持されて配設され、そのピン
トル６２の後端とノズルホルダ６４の内周に設けられた
ノズルインサート６５の内面との間にリング状のスロー
ト６６を形成するように構成され、ピントル６２の出入
り駆動によってスロート６６の面積が変化するようにな
っているものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前述のごとき
燃焼室内の圧力を変化させて燃焼速度を制御する可変形
状ノズル制御法は、燃焼圧力と燃焼温度の相関関係に基
づいてノズルの開口面積を変化させてガス流量を制御す
るものであり、ノズルの開口面積は微妙に制御する必要
がある。しかしながら、上記多孔ノズルではノズルの開
口面積を段階的に変化させるものであるため、微妙に開
口面積を変化させることができないという問題があっ
た。

【０００９】また、ピントルノズルでは、ピントルの移
動機構が複雑となって大型化すると共にピントルがノズ
ルの中央に位置するためにその駆動機構が高温のガスに
曝されるという問題があった。

【００１０】本発明は、上記解決課題に鑑みてなされた
ものであって、簡単な構成でスロートの開口面積を連続
的に変化させることができると共にその駆動機構が高温
ガスに曝されることがなく、小型軽量で耐久性の高い固
体燃料ガス発生器におけるガス流量調節装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る固体燃料ガス発生器におけるガス流量調節装置
は、固体燃料ガス発生器のノズルに、絞り板部材が、前
記ノズルの外側に設けられた移動駆動手段によって前記
ノズルの中心軸方向と交差する面内で移動可能に設けら
れ、その移動によって前記ノズルの開口断面との干渉量
が変化して前記ノズルの開口面積が変化するように構成
されていることを特徴とする。

【００１２】また、上記絞り板部材は、上記ノズルの中
心軸と略平行な軸を中心として回転し、前記ノズルの開
口面積を変化させるように構成されていることを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る固
体燃料ガス発生器におけるガス流量調節装置の一構成例
を適用する固体燃料ロケットの概念構成を示す断面図で
ある。

【００１４】図示固体燃料ロケット１０は、いわゆるラ
ムロケットであって、先端側から、固体燃料１１，固体
燃料ガス発生器としての一次燃焼室１２，ガス流量調節
装置２０，二次燃焼室１３及びラムノズル１４が直列に
配設されると共に、一次燃焼室１２の近傍の外周に空気
取入口１５が設けられて、ここから取り入れた空気を二
次燃焼室１３に供給するように構成されている。

【００１５】この構成では、酸化剤の比率の低い固体燃
料１１を燃焼させて生じた可燃性ガスと空気取入口１５
から取り入れた空気とを二次燃焼室１３内で燃焼させて
ラムノズル１４から噴出させて推力を得る。そして、固
体燃料１１の燃焼による燃焼ガスの流量をガス流量調節
装置２０によって調節することで固体燃料１１の燃焼圧
力を変化させ、その結果燃焼速度を変化させて燃焼ガス
の二次燃焼室１３への供給量（質量流出量）を変え、推
力を変化させることができる。つまり、飛翔条件によっ
て変化する空気取入口１５からの取り入れ空気量に応じ
て最適空燃比を得るように燃焼ガスの流量を変化させ
て、必要な推力を得ることができるものである。

【００１６】ガス流量調節装置２０は、当該部位の拡大
断面図である図２（Ａ）及びそのＢ−Ｂ断面図である図
２（Ｂ）に示すように、一次燃焼室１２の後端側のチャ
ンバ１１Ａが所定径に絞られてノズル本体３１が形成さ
れると共にその端部にフランジ３２，３３を介してノズ
ル端筒３４が固定されてノズル３０が形成され、そのフ
ランジ３２，３３の間に、絞り板部材としての所定厚さ
の絞り板２１が回転可能に介装されて、駆動手段として
のステッピングモーター４０によって回転駆動されるよ
うに構成されており、この絞り板２１が配設されたノズ
ル３０の部位がスロート２３となっている。

【００１７】フランジ３２，３３は、ノズル３０の外側
位置を中心とするノズル３０とは偏心した円板状であっ
て、ノズル本体３１側のフランジ３２は平板状であると
共に、ノズル端筒３４側のフランジ３３は絞り板２１を
収容する円形の凹部３３Ａを備えて形成され、その凹部
３３Ａ内に絞り板２１を収容すると共に外周に沿って配
設されたシール部材３５を挟んで気密を保って締着され
ている。また、絞り板２１とノズル本体３１側のフラン
ジ３２との間にも、後述する回動軸２２を中心としてシ
ール部材３６が円形に介装されて気密を保つようになっ
ている。

【００１８】絞り板２１は、その中心に回動軸２２が立
設されると共に、その周面形状は、回動軸２２から外周
縁までの距離が基底半径部２１Ａから図中時計回りで漸
次大径側に変化して略一周（本構成例では３００゜）で
最大半径部２１Ｂに至るように形成され、最大半径部２
１Ｂと基底半径部２１Ａの境は径方向の端面２１Ｃとな
っている。その回動軸２２から外周縁までの距離は、基
底半径部２１Ａは当該部位がノズル３０と対応した状態
でノズル３０の内径と全く干渉せず、最大半径部２１Ｂ
は当該部位がノズル３０と対応した状態でノズル３０の
内径と完全に干渉するように設定されている。

【００１９】回動軸２２は、ノズル本体３１側のフラン
ジ３２を貫通して突出してこの貫通部で回転可能に支持
されている。

【００２０】ステッピングモーター４０は、ノズル本体
３１側のフランジ３２の外面にその回転軸４１をフラン
ジ３２の径方向として固定されている。その回転軸４１
は、回転力を直角に屈曲するギアボックス４２を介して
フランジ３２から突出する絞り板２１の回動軸２２と連
係されており、当該ステッピングモーター４０の回転に
よって絞り板２１を任意の角度に回動駆動制御すること
ができるようになっている。

【００２１】而して、上記のごとく構成されたガス流量
調節装置２０は、ステッピングモーター４０による絞り
板２１の回動駆動によって、絞り板２１によるノズル３
０への干渉量が漸次変化し、これによってノズル３０の
開口面積（スロート２３の面積）を図３（Ａ）に示す全
閉状態から図３（Ｂ）に示す全開状態まで漸次変化す
る。つまり、ステッピングモーター４０によって絞り板
２１の回動角度を調節制御することにより、ノズル３０
の開口面積（スロート２３の面積）を任意に設定するこ
とができ、これによって当該ノズル３０を通る燃焼ガス
の流量を任意に調節できるものである。

【００２２】このように、本構成によれば簡単な構成で
ノズル３０の開口面積（スロート２３の面積）を連続的
に変化させることができると共に、その駆動手段である
ステッピングモーター４０はノズル３０の外部側方に設
けられているために高温の燃焼ガスに曝されることがな
く、故障も少なく耐久性も高いものである。また、絞り
板２１がノズル３０と略平行な回動軸２２回りに回動し
てノズル３０の開口面積を変化させるものであるため、
絞り板２１の移動方向に燃焼ガスの圧力が作用すること
がなく、従って、小さな駆動力で絞り板２１を駆動する
ことができるためにステッピングモーター４０を含む駆
動機構を小型軽量に構成できるものである。

【００２３】尚、上記構成例では、絞り板２１はその回
動中心から外周縁までの距離が基底半径部２１Ａから漸
次大径側に変化して略一周で最大半径部２１Ｂに至る形
状とされて、従って、略一回転で全閉から全開となるよ
うになっているが、絞り板２１の形状及びその移動構造
はこれに限るものではなく、絞り板が直線的に移動して
ノズルとの干渉量が漸次変化するように構成しても良
い。また、絞り板が回動する構成であっても、絞り板の
形状はこれに限らず回動することによってノズルとの干
渉量が漸次変化する形状であれば適宜変更可能なもので
ある。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る固体燃
料ガス発生器におけるガス流量調節装置は、絞り板部材
が、ノズルの外側に設けられた移動駆動手段によってノ
ズルの中心軸方向と交差する面内で移動可能に設けら
れ、その移動によってノズルの断面との干渉量が変化し
てノズルの開口面積が変化するように構成されているこ
とにより、簡単な構成でノズルの開口面積を連続的に変
化させることができると共に、駆動手段が高温の燃焼ガ
スに曝されることがなく、故障も少なく耐久性も高いも
のである。

【００２５】また、絞り板部材がノズルの中心軸と略平
行な軸を中心として回転してノズルの開口面積を変化さ
せるように構成されていることにより、絞り板部材の移
動方向に燃焼ガスの圧力が作用することがなく、絞り板
部材を小さな駆動力で駆動することができるために駆動
機構を小型軽量に構成できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体燃料ガス発生器におけるガス
流量調節装置の一構成例を適用する固体燃料ロケットの
概念構成を示す断面図である。

【図２】（Ａ）はガス流量調節装置の拡大断面図，
（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は絞り板によるノズル開閉状
態を示す図である。

【図４】可変形状ノズル制御法の従来例としての多孔ノ
ズルの概念図である。

【図５】可変形状ノズル制御法の従来例としてのピント
ルノズルを示す半断面図である。

【符号の説明】

１１ 固体燃料 １２ 一次燃焼室（固体燃料ガス発生器） ２０ ガス流量調節装置 ２１ 絞り板（絞り板部材） ２２ 回動軸 ３０ ノズル ４０ ステッピングモーター（移動駆動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体燃料ガス発生器のノズルに、絞り板
   部材が、前記ノズルの外側に設けられた移動駆動手段に
   よって前記ノズルの中心軸方向と交差する面内で移動可
   能に設けられ、その移動によって前記ノズルの開口断面
   との干渉量が変化して前記ノズルの開口面積が変化する
   ように構成されていることを特徴とする固体燃料ガス発
   生器におけるガス流量調節装置。
2. 【請求項２】 上記絞り板部材は、上記ノズルの中心軸
   と略平行な軸を中心として回転し、前記ノズルの開口面
   積を変化させるように構成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の固体燃料ガス発生器におけるガス流量
   調節装置。