(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内部に装填された円柱状のグレインを、後端面から燃焼させて、飛行体に推力を発生させるようにした固体ロケットモータにおいて、前記グレインの先端よりも後方に先端が配置されて、前記グレイン内に同軸状に延設され、前記グレインを円柱状の内側グレインと、円環状の外側グレインとに分割する円筒膜、および前記円筒膜の後端から前記グレインの外周面まで延設され、前記外側グレインの後端を区画する端膜からなり、前記グレインの燃焼退行を阻止する埋設式レストリクタを前記グレインの内部に設けたことを特徴とする固体ロケットモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長時間の飛行を必要とする、飛しょう体、ターゲット・ドローン等の飛行体の推力を発生させる固体ロケットモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロケット、飛しょう体の推力を発生させる固体ロケットモータは、分子内に燃焼を維持するに十分な酸素を含む物質よりなる均質系固体推進剤、若しくは酸化剤と燃料との混合物である混成系固体推進剤を、スラリ状の流動体にして、内周面に外周レストリクタを張設する等して、前処理を施した燃焼室に直接注入し、若しくは別の鋳形に注入し、成形後燃焼室に装填することにより、製作するようにしている。
また、このようにして、燃焼室内に装填され、成形固化された固体推進剤をグレインと称している。
【０００３】
図６は、このような固体ロケットのうちで、最も燃焼時間を長くすることのできる、端面燃焼方式を採用した固体ロケットの縦断面図、および横断面図である。
図に示すように、高抗張力鋼、チタン合金、若しくは繊維強化プラスチックス等の材料で、軽量の圧力容器にされた燃焼室０１内には、内周面に張設された外周レストリクタ０３を介して、グレイン０２が装填されており、図示しない点火器で、図の右側のグレイン０２後端面が着火し、燃焼をはじめ、燃焼面は平行移動する形で左側に向って退行する。
このグレイン０２の燃焼により、高温、高圧の燃焼ガスが燃焼室０１内に発生し、この燃焼ガスが、燃焼室０１の後端に設けられたノズル０３から後方に吹き出すことにより、燃焼室０１を装備した飛行体に推力を発生させる。
【０００４】
このような、固体ロケットモータにおける燃焼時間、すなわち推力を発生させることのできる時間は、一般的に、燃焼室に装填されたグレイン体積、即ちグレイン長さとグレイン断面積の積を、単位時間当りのグレイン燃焼体積、すなわち燃焼面積と燃焼面の退行速度である燃焼速度の積で除した値として、近似的に表される。
従って、図に示す端面燃焼方式を採用した固体ロケットモータでは、燃焼面積がグレイン０２の断面積に等しいので、燃焼時間はグレイン０２の長さを燃焼速度で除した値に等しくなる。
【０００５】
また、この燃焼速度は、グレイン０２の種類や組成のほか、ガス圧力、グレイン温度、燃焼面に生じるガス流速によって変わり、通常５．０〜１１．０ｍｍ／ｓ  （５ＭＰａ．２５℃）の範囲にある。
【０００６】
従って、燃焼速度が一定になる、グレイン特性、および燃焼条件一定の下において、燃焼時間の延長が必要な場合には、グレイン０２の長さ、換言すれば、燃焼室０１長さを長くする必要がある。
【０００７】
このため、長時間の飛行を必要とする飛しょう体、ターゲット・ドローン等の飛行体においては、これらのグレイン特性等を変更しない限り、燃焼室０１の長さが長くなり、機体が必要以上に長大化し、この長大化に伴う種々の不具合が発生する。
【０００８】
特に、機体の長大化は、飛しょう体等の小型軽量化および運動性能が要求される飛行体にとっては、大きな不具合となるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の上述した固体ロケットモータの不具合を解消するため、燃焼室の長さを長くすることなく、しかも燃焼時間を長くでき、飛行体に、長時間推力を発生させることのできる固体ロケットモータを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の固体ロケットモータは、次の手段とした。
次の円筒膜、端膜からなり、グレインの燃焼退行を阻止する埋設式レストリクタを、円柱状にされて燃焼室内部に装填され、後端面から前方に向けて燃焼退行させて、推力を発生させるようにしたグレインの内部に埋設した。
【００１１】
（１）燃焼室内部に装填されたグレインの先端より後方に、その先端が設けられ、グレインの内部を同軸状に後方へ延設されて、燃焼室内部に装填された円柱状のグレインを、内部の円柱状にされた内側グレインと、外部の円環状にされた外側グレインとに分割する円筒膜、
すなわち、燃焼室内部に装填された円柱状のグレインの外径、および全長よりも小さくされた円筒膜が、同心状にグレインの内部に埋設され、グレインを径方向に分割するようにした。
なおこの円筒膜の外径は、グレインが径方向に分割された内側グレイン、および外側グレインが燃焼しているときに、それぞれ発生させる必要のある推力の大きさによって決まる燃焼面を持つ、内側グレイン、および外側グレインにできる、大きさに決定すれば良い。
【００１２】
また、円筒膜の全長は、内側グレインの燃焼から、外側グレインの燃焼に移行させるために、グレインの先端より後方に、円筒膜の先端を配置することにより生じる差以上に、グレインの全長より短くなるようにすれば良い。
すなわち、円筒膜の後端がグレインの後端と一致するようにして、先端部で生じる差だけ、グレイン全長よりも円筒膜の長さが短くなるようにしても良く、または、内側グレイン、および外側グレインが燃焼しているときに、それぞれ発生させる必要のある推力の大きさによっては、円筒膜の後端がグレインの後端よりも前方に位置するように配置されて、先端部で生じる差に加えて、後端で生じる差の分、グレイン全長より短くなるようにすることもできる。
【００１３】
（２）円筒膜の後端から円柱状のグレインの径方向に突出させ、グレインの外周面まで伸ばされて、円筒膜で分割された外側グレインの後端を閉鎖して区画する端膜、
すなわち、端膜は、円筒膜がグレインの後端までグレインを内側グレインと外側グレインに分割するものであるときは、外側グレインの後端と一致するグレインの後端の円筒膜外周側を閉鎖して、外側グレインとして作動させ、円筒膜がグレインの後端よりも前方までを、分割するものであるときは、その位置まで分割されている外側グレインの後端を閉鎖して、外側グレインとして作動させるとともに、円筒体の後端より後方のグレインの全てを内側グレインとして作動させるようにすることもできる。
【００１４】
本発明の固体ロケットモータは、上述の手段により、
燃焼室に装填された円柱状のグレインを、全長と外径が、グレインより小さい円筒膜と端膜とからなる埋設式レストリクタによって、前端付近より後端に亘って、半径方向に内部分割し、分割された内側グレインの後端よりの端面燃焼に引き続き、外側グレインの前端よりの端面燃焼をさせることにより、燃焼長さが、同じ長さの燃焼室に装填される従来のグレインに比較して、最大２倍にでき、燃焼時間を約２倍にすることができる。
【００１５】
これにより、燃焼室を装備する機体を長くすることなく、また、長大化による不具合を発生させることなく、長時間の飛行ができる飛行体等が実現できる。
さらに、埋設式レストリクタの円筒膜の外径、若しくは端膜の軸方向の設置位置を変更することにより、燃焼時の推力の大きさを燃焼時間（燃焼位置）によって、任意に変えることができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体ロケットモータの実施の一形態を、図面にもとづき説明する。
図１は本発明の固体ロケットモータの実施の第１形態を示す図で、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は横断面図である。
【００１７】
図において、１は円筒状に形成され、後端部にノズル４を連結して設けた燃焼室である。
燃焼室１は、内周面に、外周レストリクタ３が張設されるとともに、図示しないライナを介して、内部に円柱状に成形されたグレイン２が装填されている。
【００１８】
グレイン２は、埋設式レストリクタ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ）５を構成する、長さ、直径がともにグレイン２の長さ、直径より小さい、円筒膜５１により、前端付近より後端面にかけて、半径方向に分割され、内側の円柱状の内側グレイン２１と外側の円環状の外側グレイン２２とに分割されるとともに、円筒膜５１の後端より、グレイン２の外周面、すなわち、グレイン２の外周面が当接する燃焼室１の内周面に張設された、外周レストリクタ３にまで延設された、同様に埋設式レストリクタ５を構成する端膜５２により、外側グレイン２２の後端面が被包されて区画されるようにしている。
また、円筒体６１の先端は、グレイン６２の先端より後方に間隔を設けて配置され、グレイン２の先端部は、内側グレイン２１と外側グレイン２２とに分割されない先端部非分割グレイン２４にしている。
【００１９】
なお、外周レストリクタ３、および埋設式レストリクタ５を構成する円筒膜５１、および端膜５２は、グレイン２に接着された厚さ数ｍｍ程度の燃焼制限材であり、これを張着することにより、グレイン２の燃焼の進行は阻止され、通常、ＥＰＤゴム、ウレタンゴム等の素材で成形されたものが用いられる。
【００２０】
本実施の形態の固体ロケットモータは、上述した構成にすることにより、図１に示す埋設式レストリクタ５を構成する端膜５２が貼付されていない、内側グレイン２１の後端面に、図示しない点火装置により着火されると、図２（ａ）に示すように、内側グレイン２１を燃焼退行し、グレイン２の先端と間隔を設けて設置された円筒膜５１の先端から、先端部非分割グレイン２４を経由して、外側グレイン２２の先端に燃焼が移り、外側グレイン２２を後端の端膜５２まで端面燃焼を行う。
【００２１】
図３は、従来の端面燃焼式の固体ロケットモータのスラストパターンＣと、これと同一のチャンバ長、胴径、グレインを有する、上述した実施の形態の固体ロケットモータのスラストパターンＡとの比較図である。
この図から、本実施の形態の固体ロケットモータでは、従来の固体ロケットモータと比較して、燃焼面積が小さくなる分、推力Ｔは小さくなるものの、長時間の燃焼が実現できることがわかる。
【００２２】
次に、図４は本発明の固体ロケットモータの実施の第２形態を示す図で、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は横断面図である。
【００２３】
本実施の形態では、円筒膜５１の先端が、実施の第１形態と同様に、グレイン２の先端と間隔を設けて後方に設けられ、先端部非分割グレイン２４を設けるとともに、円筒膜５１の後端も、グレイン２の後端と間隔を設けて前方に設けられ、グレイン２の後端部に、後端部非分割グレイン２３を設けるようにしている。従って、円筒膜５１の後端から径方向に突出させて設ける端膜５２は、グレイン２の軸方向も分割することになり、実施の第１形態のものに比較して、外側グレイン２２は短くなっている。
【００２４】
本実施の形態の固体ロケットモータでは、グレイン２の後端面に着火されて、半径方向に分割されてない後端部非分割グレイン２３の端面燃焼が終了した後、実施の第１形態と同様にして、内側グレイン２１、先端部非分割グレイン２４、外側グレイン２２の順で燃焼が行われる。
【００２５】
図５は従来の端面燃焼式の固体ロケットモータのスラストパターンＣ、これと同一のチャンバ長、胴径、グレインを有する、上述した実施の形態の固体ロケットモータのスラストパターンＢとの比較図である。
この図から本実施の形態の固体ロケットモータでは、従来の固体ロケットモータと比較して、内側グレイン２１、外側グレイン２２の燃焼時には、燃焼面積が小さい分、推力Ｔは小さくなるものの長時間の燃焼が実現できるほか、燃焼初期には、従来の固体ロケットモータと同等の推力を発生できる。
従って、本実施の形態の固体ロケットモータでは、長時間燃焼フェーズの前段階として、短期間の大推力燃焼フェーズを要する、飛しょう体の推進装置等に適するものである。
【００２６】
なお、上述した実施の第１形態、および第２形態では、何れも内側グレイン２１燃焼時と外側グレイン２２燃焼時の推力は同じ、換言すれば内側グレイン２１と外側グレイン２２との燃焼面積が同一になるものとして説明したが、飛行体の飛しょうパターンに応じて、内側グレイン２１と外側グレイン２２の燃焼面積を変え、推力の大きさを変えるようにすることもできるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の固体ロケットモータによれば、特許請求の範囲に示す構成により、
（１）グレイン特性一定の下で、固体ロケットモータの燃焼時間は、従来の固体ロケットモータのものの２倍程度となるので、燃焼室の延長なしに燃焼時間の延長が可能となる。
【００２８】
（２）また、一定の燃焼時間を、より短い燃焼室長で実現できる。
【００２９】
これにより、機体を長くすることなく、また、長大化による不具合を発生させることなく長時間の飛行ができる飛行体等が実現できる。
【００３０】
（３）さらに、埋設式レストリクタの円筒膜の外径、若しくは端膜の軸方向の設置位置を変更することにより、燃焼時の推力の大きさを任意に変えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体ロケットモータの実施の第１形態を示す図で、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は横断面図，
【図２】図１に示す固体ロケットモータの燃焼時を示す縦断面図で、図２（ａ）は内側グレイン燃焼時を示す図、図２（ｂ）は外側グレイン燃焼時を示す図，
【図３】従来の端面燃焼式の固体ロケットモータのスラストパターンＣと、図１に示す固体ロケットモータのスラストパターンＡとの比較図，
【図４】図４は本発明の固体ロケットモータの実施の第２形態を示す図で、図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は横断面図，
【図５】従来の端面燃焼式の固体ロケットモータのスラストパターンＣと、図４に示す固体ロケットモータのスラストパターンＢとの比較図，
【図６】従来の端面燃焼式の固体ロケットモータを示す図で、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１，０１    燃焼室
２，０２    グレイン
２１        内側グレイン
２２        外側グレイン
２３        後端部非分割グレイン
２４        先端部非分割グレイン
３，０３    外周レストリクタ
４，０４    ノズル
５          埋設式レストリクタ
５１        円筒膜
５２        端膜
【図１】
0003564232.tif 000002
【図２】
0003564232.tif 000003
【図３】
0003564232.tif 000004
【図４】
0003564232.tif 000005
【図５】
0003564232.tif 000006
【図６】
0003564232.tif 000007