(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種々の推進薬成分と他の成分、例えば燃料、オキシダント、エネルギを高める添加物、バインダ、添加剤、被覆物、抑制剤等を伴う、モジュール式の固体燃料ロケット装薬であって、
この固体燃料ロケット装薬が、
全てまたは一部を細片化されており、即ち通常の準均質の混合物の形ではなく、むしろ適宜な目的にかなった形態を有する一つまたは多数の巨視的な肉眼で見える燃料要素の形で存在しており、その際、これら全てまたは個々の成分が同様に冷却により初めて充分に固い状態にされるべき材料で構成され、その際、これら装薬が、これら装薬の燃料要素の全てまたは個々のものにケーシングを備えている様式の上記固体燃料ロケット装薬において、
ケーシングが、装薬または燃料要素を懸垂するため、燃焼室の壁（６）の内側に突き出た支えの上に、突出した縁部分（２）を有することを特徴とする固体燃料ロケット装薬。
【請求項２】
燃料要素のケーシング（１）は、特別に引っ張りに強い要素（４；９）を装備されているかあるいはこの特別に引っ張りに強い要素と接続されており、且つ従って、同時に、それぞれの燃料要素に対して、燃焼室の内部で、機械的な支持部の役目を果たすことを特徴とする請求項１に記載の固体燃料ロケット装薬。
【請求項３】
ケーシング（１）は、
適当な媒体によって貫通流動され、且つ燃料要素を推進装置の点火直前まで所望の温度範囲内で維持することを許容する、特別な管システム（１０）を装備し、および／または、この管システムと接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料ロケット装薬。
【請求項４】
ケーシング（１）の内部は、
必要な場合、推進装置の点火直前まで、特に、熱絶縁が充分でない場合あるいは冷却システム（換気、充填・排出システム）の故障の場合でも、液状あるいはガス状の媒体を導入または導出することを許容する、
特別な管システム（１０）を装備し、および／または、この管システムと接続さえていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料ロケット装薬。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、種々の推進薬成分（燃料成分）（Treibstoffkomponente）と他の成分、例えば燃料、オキシダント（酸化剤）、エネルギを高める添加物、バインダ、添加剤、被覆物（Abdeckungen）、抑制剤等を伴う、モジュール式の固体燃料ロケット装薬（固体ロケット推進燃料体）（Feststoffraketentreibsaetze）であって、
この固体燃料ロケット装薬が、
全てまたは一部を細片化（フラグメント化）されており、即ち通常の準均質の混合物の形ではなく、むしろ適宜な目的にかなった形態を有する一つまたは多数の巨視的な肉眼で見える（makroskopischer）燃料要素（Brennstoff）の形で存在しており、その際、これら全てまたは個々の成分が同様に冷却により初めて充分に固い状態にされるべき材料で構成され、その際、これら装薬（推進燃料体）（Treibsaetze）が、これら装薬の燃料要素の全てまたは個々のものにケーシングを備えている様式の上記固体燃料ロケット装薬に関する。
【０００２】
従って、この発明はロケット推進の技術分野およびその中で固体燃料装薬の製造、構築および確実に保管することに関する。これに関連して固体燃料装薬としては、種々の理由により取り付けられ、大抵燃焼により消耗する、場合による増築または据付を含めて、一定の幾何学形状となっている単純な推進薬ブロックあるいは組み立てられた推進薬ブロックと解される。
【０００３】
内部バーナーあるいは最終段バーナーとして機能する極低温のモジュール式装薬は米国特許第 3 137 127号明細書により周知である。これ等の周知の装薬は少なくとも部分的に細片化されている。つまり、少なくとも一つの成分が他の成分と今までのように完全に混和しているのではなく、目的に合わせて任意な幾何学形状の一つまたはそれ以上の巨視的な肉眼で見える燃料要素の形になっている。これ等の燃料要素は境界を適当に被覆して互いに化学的に分離され、必要であれば、同時に互いに機械的に接続されている。その外、これ等の燃料要素はその組成を特別に選択して種々の機能、例えば点火、燃焼支援、ガス発生等を備えたモジュールとして使用するのに適している。これ等の燃料要素は、特に円板の形状で、その外側面はロケットの燃焼室の外形に合っているが、内部に目的に合わせて成形した横断面を備えた一つまたはそれ以上の穴がある。これ等の穴は並べて一つの燃焼通路またはそれ以上の燃焼通路を形成するか、あるいは自由に選択できる種々の横断面形状で、それぞれ他の推進薬成分の関連する母型の中に、例えば燃料の母型の中に全部または一部埋め込んだオキシダントの多い要素に取り込める。
【０００４】
通常の、つまり保管性のある固体推進薬の従来技術では、推進薬成分を所謂「サンドイッチ推進薬（Sandwichtreibstoffen）」で層状に配置している。この配置は特別な利点を与えないので、重要な応用は見出されていない。
【０００５】
推進薬として極低温の固体がUSAF-Phillips Lab(Edwards)により、1994年以来"High-energy density"（高エネルギ密度）プログラムで研究されている。固体成分として凍結された炭化水素を有するハイブリッド（つまり、液体と固体の推進薬成分を有する推進燃料剤）について、1997年の業績が出版されている（C. Larson, USAF-Phillips Lab, 33rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion・Conferenceand Exhibit, WashingtonState Convention and Trade Center, Seattle, WA, July 6-9, 1997, AIAA-96-3076を参照)。
【０００６】
この周知の従来技術では、極低温のモジュール式の固体燃料装薬が通常の調整された周囲内で集合状態を維持するため、常時冷却しなければならないという問題がある。冷却を止めれば、この装薬は溶け出して蒸発するので、非常に危険な状況を発生させる種々のきっかけを与える。
【０００７】
この発明の課題は、冷却の停止の結果として、同時に推進ロケットの出力が上昇した時に危険な状況の発生を非常に少なくし、且つ推進薬と燃焼室の壁との間の不動の結合が保証される、冒頭の述べた種類のモジュール式の固体燃料ロケット装薬を提供することにある。
【０００８】
上記の課題は、請求項１の特徴部分の構成を備えた前記種類のモジュール式の固体燃料ロケット装薬により解決されている。有利な実施形態は、従属的な請求項から取り出せる。
【０００９】
請求項１に述べた特徴構成とこの発明の従属請求項の有利な構成との組み合わせにより、提示する全てあるいは若干の問題での状況が著しく改善する。この発明によるモジュール式固体燃料ロケット装薬により、燃料とオキシダントを広いパレットから選択して分離でき燃料要素に成形でき、これ等の燃料要素は合成されて望む推進薬幾何学形状となる。これに必要な凝集状態は、必要な場合、それに応じた冷却により形成され、維持される。用語「細片化された装薬」（ここでは「モジュール式の」、「分離された」あるいは「分割された」装薬と同意語）は、取り分け複数の主成分（燃料とオキシダント）の分離に関係している。「モジュール式の固体燃料ロケット装薬」に対して適当な同意語は、「多重の内部ハイブリッド装薬」である。
【００１０】
この発明により以下の有利な作用が得られる。即ち、
−この発明による装薬は固体燃料装薬の製造を著しく単純にする。多くの危険な処置が排除される。ロット生産が考えられる。著しいコスト低減が期待できる。この確認は極低温固体燃料により起こり得るトラブルに関係なく成立する。
【００１１】
−この発明による装薬は通常の装薬の大きな相境界面(Phasengrenzflaeche)を阻止する。
【００１２】
高温で保管できる推進薬はこれにより長期間の保管性を上昇させることを期待させる。更に、燃料要素が、必要な場合には、絶縁箔で互いに分離できる。
【００１３】
−極低温の推進薬は保管性がないが、低温のため高温よりも反応性が低い。これにより、特定な場合には液体あるいは気体として反応し過ぎる、特に高エネルギの物質を使用できる。
【００１４】
−この発明による装薬は、それぞれの適宜の推進薬組み合わせを、モネルゴル固体燃料推進剤（monergolen Feststoffsntrieb）として実現することを許容する。このことは、保管性のあるまたは極低温の液体モネルゴル推進剤（推進燃料）およびディゴル推進剤（Fluessigkeitsmonergol- und Diergolantrieben）から、ハイブリッド推進剤および準ハイブリッド推進剤、懸濁（スラリー）推進剤およびトリブリッド（Tribride）を経由して、全てのトリエルゴル（Triergolen）に至るまでに達する。それ故、Isp（比推力）の劇的な上昇が、通常の固体推進薬に比べてだけでなく、従来の技術の液体推進剤（液体推進燃料）（Fluessigkeitsantrieben）に比べて期待できる [これについては R.E. LO, DFVLR-Stuttgart: "Chemische Wasserstoffaufheizung durch tribride Verbrennung", Chemie-Ingenieur-Technik (1967) 39, Heft 15, S. 923-927 / R.E. LO: Technical Feasibility of Chemical PropulsionSystems with very high Performance, Proceedings of the XVIIIth Astronautical Congress, Belgrad, 25.-29. 9, 1967, pp. 121-132 / R.E. LO, DFVLR-Lampoldshausen: "Theoretische Leistungen des Raketentreibstoffsystems F2・，O2・/LiH, Al/H2 und einfacher Teilsysteme", DLR-Mitt, 69-21 (Dez. 1969)/ R.E. LO, DFVLR-Lampoldshausen: "Chemische Wasserstoffaufheizung durch Verbrennung von Aluminium mit Sauerstoff oder FLOX", DLR-Mitt.70-03 (Feb. 1970)/ R.E. LO, DFVLR-Lampoldshausen: "Quasihybride Raketenantriebe", Raumfahrtforschung, Heft 4, April 1970 を参照]。
【００１５】
−この発明による装薬は、適当に推進薬を選択して固体燃料装薬、例えば固体水素／固体酸素をできる限り環境に優しくし実現させる。
【００１６】
以下、図面に基づき多くの実施例でこの発明をより詳しく説明する。
【００１７】
この発明による装薬の全てまたは個々のモジュールは、推進薬に対して化学的に相性の良いケーシングによって、十分に強固に、且つ化学的に相性良く取り囲まれている。
【００１８】
図１は、中空円筒状の装薬の燃料要素の断面を示す。ケーシング１は、推進薬３を取り囲んでいる。この実施例では、ケーシングが製造時に例えば互いに接着される円筒状で円形リング状の面で形成されている（製造方法についてはここでは詳しく立ち入らない）。ケーシング１の突出した縁部分は、燃焼室の壁６の支え１２の上に載り、これにボルトで固定されている燃料要素の支持部２を形成する（図４を参照）。
【００１９】
この支持部２は、図１に示す以外の他の実施例でモジュールの下端に支持される。組立リング１１（図３を参照）を装填することによって、円筒状のモジュールの両端に支持部が形成される。
【００２０】
被覆された装薬を点火する場合、点火トーチ（例えば、自己燃焼性の固体推進薬混合物から成る燃焼室のヘッド端部にあるモジュールで形成される）は、先ず燃焼通路８の表面を形成するケーシング１の一部を焼き尽くす。このプロセスは、次々と、オキシダントと燃料から成る代わりのモジュールの蒸発と点火に移行する。ケーシング１は、一方でできる限り薄く、他方で必要な程度に厚くなっていなければならないことは明らかである。更に、燃焼通路８の境界層の火炎に接するケーシング１の端面は、推進薬３とできる限り同じ燃焼速度を持っているべきであり、このことは材料の選択によって少しだけ影響される。燃焼室の壁６の内側が異なった長さで火炎に曝される（例えば、コノジルバーナー（Konozylbrenner）あるいは最終段バーナー（Stirnbrenner））推進薬の幾何学形状は、内部熱保護層５も必要とする。
【００２１】
組立の際に、セグメント化された燃焼室と、セグメント化されていない燃焼室との間で、区別されるべきである。前者のセグメント化された燃焼室は、一定の順序を要求する。それぞれのモジュールは、特定の前提条件のもとで、同時に、燃焼室のセグメントも形成する。その際、推進薬、ケーシング、懸架部、熱絶縁部、および燃焼室のセグメントは、共に準備される。通常、グレインは、しかも下から上に構築されねばならない。この示された問題は、非常に例として特有である。特有の、且つ適宜に違った幾何学形状は、同時に充填度が高い場合、推進装置の所望された推進力−時間曲線から与えられる。全ての形状にとって、これら全ての形状が、ケーシング、絶縁層、懸架部等と共に、組み込み可能であるべきであることは、当然、常に言えることである。
【００２２】
氷塊の脆性は、特に動的負荷の場合に問題となる。解決策として、複合体内においてはるかに少ない脆性を有する、圧力変成の氷晶を使用することが考慮の対象となる。（雪玉と氷柱の間の相違）。水氷から成る雪塊は、かなり負荷に耐え得るが（イグルー（エスキモー人の雪で作った円形の住居）の原理（Igluprinzip））、このことは、凍結された推進薬の場合には異なっている。燃焼室の壁６における固定により、強度諸要求（Festigkeitsansprueche）は、著しく低減され得る。その際、推進薬ブロックは、飛行加速度の条件下で、この推進薬ブロック上にある部材全体をもはや担持できず、自分自身でのみ安定である。そのような固体推進薬について、図２は、緊張線材４で固定する実施態様を示し、この実施態様は、ケーシングの材料に、推進薬とは異なる、推進薬のグレインの総組成を変える材料が僅かに添加されるという利点を有している。
【００２３】
図３は、これに対して、箱の補強部９の標準解決策を示しており、この補強部は、確かに比較的に簡単に組み込みできるが、しかしながら、カバー材料から成る更に広い面を生ぜしめる。
【００２４】
緊張線材４の本数と配置を選択する場合に考慮すべきことは、（ロケットの固体推進薬の）燃焼表面が、これら線材に達するやいなや、これら線材が燃え尽きる点にある。組立は、先ず始めに、適当な方法（図示せず）で底板に固定された線材４が差込ホルダー１３と結合されており（図５を参照）、この差込ホルダーが、ケーシング１の外面に、密に嵌まり込み、且つ、適当な形状賦与形態により回転に対して保護されているように行われる。これら線材は、この差込ホルダーと共に、推進薬要素の充填および閉鎖の際に、推進薬３内において埋め込まれる。燃料要素を燃焼室（あるいは燃焼室の壁セグメント）に装填した後、全体は、密に嵌まり込んだ差込ボルト１４により外から固定される。封隙および他の詳細については、ここで説明しない。場合によって必要となる熱保護層（ＴＰＳ）（図２の７を参照）は、この場合、後から追加して初めて装着され得る。
【００２５】
冷却可能なケーシングは、他の実施例により、図３に示すように、二重壁にして仕上げることができる。個別の外周面は、その際、冷却通路１０によって、それぞれの推進薬要素が、少なくともそれぞれ一つの入口と一つの出口を有するように、貫通されている。中空円筒状のリング（図６を参照）あるいは中空円筒状のセグメント（図７を参照）の壁は、常に、外側の周囲に対して平行に敷設された一つまたはそれ以上の、二重壁の間の間隔保持体として嵌まり込み且つ通路１０の内側の境界を形成する縁部（ウェブ）を備えることができる。冷却媒体の流過は、図６においてａからｇへと、または図７においてａからｐへと、アルファベット順に相応して行われる。
【００２６】
同様に、単純なケーシングの壁には、冷却蛇状管を取り付けることができる（図８と９を参照）。これら両方の場合、内部の通路システムあるいは導管システム（流過は、図８と９内におけるアルファベットの番号付け相応する）は、ケーシングの外側で導入導管に接続し、これらの導管が、燃焼通路およびノズルを通って、または、燃焼室の壁を通って導かれる。これら両方の場合、液体ロケットで使用されているような、迅速閉鎖部が必要である。壁を通す通路の場合、これらの迅速閉鎖部は、相応して耐圧的でなくてはならない。同様なことは、充填・排出システム１５の導入導管に対しても当てはまる（図１０を参照）。このシステムの導入導管と排出導管は、しかしながら、ただ被覆された容積部の最も高くに存在する部分、および／または最も低くに存在する部分とのみ接続している。図１０は、排出システムを示しており、液状の推進薬が同じタイプの導入部（図示せず）を通して流入する間じゅう、この排出システムを通って、最初に充填されたガス（例えばヘリウム）が逃出可能である。
【００２７】
図示された管の寸法は、全ての図面内において、当該の全ての他の細目と同じように、重要でない。冷却システムによる熱の導出は、推進薬を凍らせる時の速度で決まる工程であり、燃焼通路と外側の熱絶縁部（Isolation）を通しての熱の導入は、この推進薬をゆっくりと解凍する時の速度で決まる工程である。それ故、充填・排出システムは、断面の小さい管を使用可能である。このことは、全体のシステムが、この冷却システムと共に、エンジンの作動の際に燃焼されるので有利である。最も簡単な場合、それぞれの燃料要素は、充填システムに対して自身の接続部を必要とする。何故なら、直列接続（もちろん、燃料とオキシダントにより必ず分離される）は、通常、問題なく可能とはされないからである。状況によっては、直列的な充填は、しかしながら、非常に簡単な構成でもって可能である。例えば、ここに説明する実施例の場合に、斜めに置かれた位置となる、中空円筒リングの、それぞれに最も高い点と最も低い点が、互いに接続され得る。従って、この充填システムは、排出部を有する最も上側の要素の場合、傾いた位置にある最も高い点である点において終わる。
【００２８】
それに対して、図１０に示す排出システムは、ただ一つの排出部、およびそれぞれ１つの接続部と、全ての燃料要素、およびこれら燃料要素から分離された全てのオキシダント要素を接続している。この排出システムは、エンジンの垂直姿勢で機能し、解凍時に排出するためにのみ使用され、且つ、直列的な導入を伴う充填時には、閉鎖された状態に留まっていなければならない。
【００２９】
ここで記述されたやり方は、燃料要素が、モジュール式に個別に特別な装置内において形成され、且つその場合に、燃焼室内において一つのグレインに、またはセグメント化された構造内において燃焼室に、一体にまとめられることを排除すべきではない。組込処置がそれ以外を許さない場合には、上記された管システムは、もちろん、適当な方法で、接続部により継ぎ合わせられるべきである。
【００３０】
全ての例に共通することは、これ等の例が原理を説明するためただ例示的な解決策と見なすべきである点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による中空円筒状の装薬の燃料要素の断面図を示す。
【図２】  引張に強い要素により固体推進薬の固定を示す。
【図３】  この発明による装薬の補強の標準解決策を示す。
【図４】  ケーシングを補強する他の実施態様を示す。
【図５】  引張に強い要素を差込ホルダーで固定する実施態様を示す。
【図６】  冷却するためウェブで形成された管システムを伴う中空円筒リングの二重壁のケーシングを示す。
【図７】  冷却するためウェブで形成された管システムを伴う中空セグメントの二重壁のケーシングを示す。
【図８】  冷却蛇状管を取り付けた単一壁のケーシングを示す。
【図９】  冷却蛇状管を取り付けた単一壁のケーシングを示す。
【図１０】  ケーシングのドレナージュシステム（充填・排出システム）を示す。
【符号の説明】
１          ケーシング
２          支持部
３          推進薬
４          懸架部／緊張線材／引張に強い部材
５          壁ジャケット／熱保護層
６          燃焼室の壁
７          ＴＰＳ／耐熱保護システム
８          燃焼通路
９          強化部
１０          冷却通路／管システム
１１          組立リング
１２          支え
１３          差込ホルダー
１４          差込ボルト
１５          充填・排出部
ａ〜ｐ        流れ
【図１】
0003713203.tif 000002
【図２】
0003713203.tif 000003
【図３】
0003713203.tif 000004
【図４】
0003713203.tif 000005
【図５】
0003713203.tif 000006
【図６】
0003713203.tif 000007
【図７】
0003713203.tif 000008
【図８】
0003713203.tif 000009
【図９】
0003713203.tif 000010
【図１０】
0003713203.tif 000011