(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出口を有し推薬を内部に収納する中空のタンクシェルと、タンクシェル内を仕切りかつ連通孔を有するバリアと、連通孔を塞いで取付けられたバリアメッシュと、バリアの排出口側にある推薬を搬出口まで移動させる推薬供給装置と、を備え、
前記推薬供給装置は、バリアの排出口側にバリア内面に沿って配置されバリア側がコの字状に開いたチャンネルと、チャンネルのバリアに面した開口部に固定されたチャンネルメッシュと、排出口付近に設けられかつ開口を有するサンプ管と、該サンプ管の開口に固定されたサンプメッシュと、チャンネル、サンプ管及び排出口を連通しチャンネル及びサンプ管から排出口まで推薬を流す連通管と、からなることを特徴とする表面張力型推薬タンク。
【請求項２】
前記バリアメッシュ、チャンネルメッシュ及びサンプメッシュは、推薬の表面張力によりガスの通過を阻止する膜を形成する細かい目を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面張力型推薬タンク。
【請求項３】
前記バリアは、排出口に対向する位置を頂点とし搬出口側に円錐面が傾斜した円錐形状であり、前記連通孔は、タンクシェルに近い部分の円錐面に複数設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の表面張力型推薬タンク。
【請求項４】
前記排出口は、タンクシェルの比較的高い加速度の作用する側に設けられ、前記バリアは、排出口から間隔を隔てて配置され、前記連通管は前記排出口から比較的低い逆方向の加速度が作用する側に延びている、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の表面張力型推薬タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速方向が変化する加速度場においてスラスタに推薬を供給するための表面張力型推薬タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロケットエンジンや姿勢制御用のスラスタにおいて、推薬（液体燃料と液体酸化剤）を貯蔵するために、推薬自体の表面張力を利用してガスや気泡がポンプや燃焼器に供給されないようになった表面張力型推薬タンク（以下、単に推薬タンクと呼ぶ）が従来から用いられている。
【０００３】
かかる推薬タンクは、図３に例示するように、球形状のタンクシェル１、タンクシェル内面に沿って配置されタンクシェル１に面した側がコの字状に開いたチャンネル２（図３Ｂ参照）、チャンネル２のタンクシェル１に面した開口部に溶接等で固定された目の細かいメッシュ３（金網）、推薬ａを外部に取り出すサンプ部４、等からなる。また、サンプ部４は、円筒状のサンプ部シェル５、及びサンプ部シェル５内に同心状に配置された複数の円筒メッシュからなるバブルトラップ６から構成されている。なおこの図において、７は推薬ａを外部に排出するための排出口、ｂはタンクシェル１に取付けた加圧口部（図示せず）からタンクシェル１の内部へ供給された加圧ガスである。
【０００４】
上述した推薬タンクでは、無重力場或いは加速方向が変化する低加速度場において、メッシュ３の表面に沿って表面張力により推薬自体の膜（表面張力膜）が形成され、この表面張力膜により、加圧ガスｂにより加圧された推薬自体は通過できるが、加圧ガスｂは通過できないようになっている。従って、無重力場或いは加速方向が変化する低加速度場において、ガスや気泡がポンプや燃焼器に供給されるのを防止しながら、メッシュ３を通過しチャンネル２内に入った推薬ａをサンプ部４から排出口７を介して外部のポンプや燃焼器に供給することができる。なお、バブルトラップ６は、チャンネル２内に推薬ａと共にガス等が混入した場合に、複数の円筒メッシュによりガス等を捕捉するために設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した表面張力型推薬タンクをロケットエンジンの例えばメインエンジンに適用する場合には、推薬タンク自体が大きくなるため、逆Ｇが作用すると、表面張力膜が破れてガスや気泡がポンプ等に供給されることがある問題点がある。すなわち、多段ロケットエンジンにおいて、例えば１段目の固体ロケットから２段目の液体エンジンに切り換える際等に、加速度が下向きの高Ｇ（例えば４〜５Ｇ）から連続的に上向きの逆Ｇ（例えば−０．１Ｇ程度）に変化する場合がある。このような加速度の方向が変動する低加速度場で、上述した表面張力型推薬タンクを用いると、逆Ｇの状態で内部の推薬全体がサンプ部４と反対側に偏り、推薬を外部に供給するために必要な圧力差が大きくなって、表面張力膜が破れ、メッシュを通してガスや気泡がチャンネル内に混入されてしまい、ポンプや燃焼器が正常に作動しなくなるおそれがあった。
【０００６】
本発明はかかる新規な問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、加速方向が下向きの高Ｇから上向きの低Ｇまで変化する加速度場において、ガスや気泡の供給を防止し、推薬だけを安定して供給することができ、かつ比較的大量の推薬を貯蔵できる表面張力型推薬タンクを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、排出口を有し推薬を内部に収納する中空のタンクシェルと、タンクシェル内を仕切りかつ連通孔を有するバリアと、連通孔を塞いで取付けられたバリアメッシュと、バリアの排出口側にある推薬を搬出口まで移動させる推薬供給装置と、を備え、前記推薬供給装置は、バリアの排出口側にバリア内面に沿って配置されバリア側がコの字状に開いたチャンネルと、チャンネルのバリアに面した開口部に固定されたチャンネルメッシュと、排出口付近に設けられかつ開口を有するサンプ管と、該サンプ管の開口に固定されたサンプメッシュと、チャンネル、サンプ管及び排出口を連通しチャンネル及びサンプ管から排出口まで推薬を流す連通管と、からなることを特徴とする表面張力型推薬タンクが提供される。
【０００８】
また、本発明の好ましい実施例によれば、前記バリアメッシュ、チャンネルメッシュ及びサンプメッシュは、推薬の表面張力によりガスの通過を阻止する膜を形成する細かい目を有する。
【０００９】
更に、前記バリアは、排出口に対向する位置を頂点とし搬出口側に円錐面が傾斜した円錐形状であり、前記連通孔は、タンクシェルに近い部分の円錐面に複数設けられている。また、前記排出口は、タンクシェルの比較的高い加速度の作用する側に設けられ、前記バリアは、排出口から間隔を隔てて配置され、前記連通管は前記排出口から比較的低い逆方向の加速度が作用する側に延びている、ことが好ましい。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、バリアにより中空のタンクシェル内が仕切られており、かつこのバリアはバリアメッシュで塞がれた連通孔を有しているので、加速方向が例えば下向きから上向きに変化した場合に、バリアの下側にあった推薬をそのままバリア内に保持することができ、推薬供給装置によりバリアの排出口側にある推薬を搬出口まで安定して移動させることができる。また、タンクシェルが大型である場合にも、バリアの位置を排出口に近づけて設けることにより、比較的大量の推薬を貯蔵しても推薬を安定して供給することができる。
【００１１】
また、推薬供給装置を、バリアの排出口側にバリア内面に沿って配置されたチャンネルと、チャンネルの開口部に固定されたチャンネルメッシュと、排出口付近に設けられかつ開口を有するサンプ管と、該サンプ管の開口に固定されたサンプメッシュと、チャンネル及びサンプ管から排出口まで推薬を流す連通管と、から構成することにより、逆Ｇ（例えば上向きの加速度）が作用している状態において、チャンネルメッシュ及びサンプメッシュによりガスや気泡の供給を防止しながら推薬だけを安定して供給することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明の表面張力型推薬タンク１０の全体構成図である。この図において、表面張力型推薬タンク１０は、中空のタンクシェル１１、連通孔１２ａを有するバリア１２、及び推薬供給装置１４からなる。
【００１３】
タンクシェル１１は、推薬ａ（例えば四二酸化窒素等の液体酸化剤やモノメチルヒドラジン等の液体燃料）に侵されない材質（例えばチタン、ステンレス鋼、等）からなり、この実施形態では、加速方向（図で上下）に延びた中空円筒形に構成され、球形タンクに比較して同一設置面積で比較的大量の推薬を収容できるようになっている。また、このタンクシェル１１は、推薬ａを外部に取り出すための排出口１１ａを有しており、かつこの排出口１１ａは、タンクシェル１１の比較的高い加速度の作用する側（この図で下面）に設けられている。更に、このタンクシェル１１内には、図示しない加圧口部から推薬ａと反応しない加圧ガスｂ（例えばヘリウム、窒素、等）が適当な圧力で供給されている。かかる構成により、この図で下向きに比較的高い加速度（例えば４〜５Ｇ）が作用する場合でも、排出口１１ａと外部のポンプ、燃焼器等とを結ぶ流体ラインに設けられた弁の開放により、加圧ガスｂの作用により推薬ａを外部に供給することができる。
【００１４】
バリア１２は、タンクシェル１１内を仕切っており、かつその連通孔１２ａを塞いでバリアメッシュ１３が取付けられている。バリア１２は、図１に示すように、排出口１１ａに対向する位置を頂点し搬出口側に円錐面が傾斜した円錐形状をしており、かつ排出口１１ａから適当な間隔を隔てて配置されている。また、バリアメッシュ１３は、推薬ａの表面張力によりガスの通過を阻止する膜を形成する細かい目を有する。なお、排出口１１ａとバリア１２との間隔は、比較的低い逆向きの加速度（例えば−０．１Ｇ程度）が作用した際に、バリアメッシュ１３に形成される表面張力による膜（表面張力膜）が破れないように短い長さに設定されている。かかる構成により、加速方向が図１において例えば下向きから上向きに変化した場合に、バリアメッシュ１３の表面張力膜により、バリア１２の下側にあった推薬ａをそのままバリア内に保持することができる。
【００１５】
推薬供給装置１４は、バリア１２の排出口側にある推薬ａを搬出口１１ａまで移動させるようになっている。推薬供給装置１４は、この実施形態では、チャンネル１５、チャンネルメッシュ１６、サンプ管１７、サンプメッシュ１８、及び連通管１９からなる。
チャンネル１５は、バリア１２の排出口側（図で下側）にバリア内面に沿って配置されており、かつバリア側がコの字状に開いている。チャンネル１５は、この図では、２本であるが、１本であっても、３本以上であってもよい。また、各チャンネル１５の内端は、連通管１９に連通し、外端はそれぞれ閉じている。チャンネルメッシュ１６は、チャンネル１５のバリア１２に面した開口部に固定され、バリアメッシュ１３と同様に、推薬ａの表面張力によりガスｂの通過を阻止する膜を形成する細かい目を有している。
【００１６】
図２は図１の表面張力型推薬タンクを逆さまにした部分図であり、加速方向が図１において下向きから上向きに変化した場合を模式的に示している。この図に示すように、上述した構成により、加速方向が下向きから上向きに変化した場合に、バリアメッシュ１３の表面張力膜により、バリア１２の下側にあった推薬ａをそのままバリア内に保持することができ、かつ推薬ａの供給が継続してガスｂがバリア１２の搬出口１１ａに入ってきた場合でも、チャンネルメッシュ１６の表面張力膜によりガスや気泡がチャンネル１５内に入るのを防止することができる。
【００１７】
図１及び図２において、サンプ管１７は、排出口１１ａの付近に設けられており、かつ開口１７ａを有し、このサンプ管１７の開口１７ａにサンプメッシュ１８が固定されている。このサンプメッシュ１８も、バリアメッシュ１３と同様に、推薬ａの表面張力によりガスｂの通過を阻止する膜を形成する細かい目を有している。更に、連通管１９は、排出口１１ａから比較的低い逆方向の加速度が作用する側に延びて、チャンネル１５の内端、サンプ管１７の内端及び排出口１１ａを水密に連通しており、チャンネル１５及びサンプ管１７から排出口１１ａまで推薬ａを流すようになっている。かかる構成により、図１で下向きに比較的高い加速度（例えば４〜５Ｇ）が作用する場合でも、内部の推薬ａをサンプ管１７を通して全量外部に供給することができ、かつ図２で下向きに作用する比較的低い逆向きの加速度（例えば−０．１Ｇ程度）が作用した際にも、内部の推薬ａをチャンネル１５を通して全量外部に供給することができる。
【００１８】
図２に示す状態において、サンプメッシュ１８に形成される表面張力膜が破れないためには、この表面張力膜が耐える圧力差ΔＰＣＡＰが、推薬ａのヘッド差ΔＰｈ、チャンネルメッシュ１６の通過圧損ΔＰｍ、連通管１９の摩擦圧損ΔＰｆ、及び動圧ΔＰｄの総和よりも大きいこと、すなわち以下の関係式を満たす必要である。
【００１９】
ΔＰＣＡＰ＞ΔＰｈ＋ΔＰｍ＋ΔＰｆ＋ΔＰｄ．．．式１
この関係は、チャンネルメッシュ１６及びサンプメッシュ１８に用いるメッシュ（金網）の目の選定により、容易に満たすことができる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明の表面張力型推薬タンクは、加速方向が下向きの高Ｇから上向きの低Ｇまで変化する加速度場において、ガスや気泡の供給を防止し、推薬だけを安定して供給することができ、かつ比較的大量の推薬を貯蔵できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の表面張力型推薬タンク１０の全体構成図である。
【図２】  図１の表面張力型推薬タンクを逆さまにした部分図であり、加速方向が図１において下向きから上向きに変化した場合を模式的に示している。
【図３】  従来の表面張力型推薬タンクの構成図である。
【符号の説明】
１  タンクシェル
２  チャンネル
３  メッシュ
４  サンプ部
５  サンプ部シェル
６  バブルトラップ
７  排出口
１０  表面張力型推薬タンク
１１  タンクシェル
１１ａ  搬出口
１２  バリア
１２ａ  連通孔
１３  バリアメッシュ
１４  推薬供給装置
１５  チャンネル
１６  チャンネルメッシュ
１７  サンプ管
１８  サンプメッシュ
１９  連通管
ａ  推薬
ｂ  ガス
【図１】
0003646998.tif 000002
【図２】
0003646998.tif 000003
【図３】
0003646998.tif 000004