(57)【要約】【課題】  燃焼時、推進薬の燃焼面の変形を抑制し、燃焼ガスの噴射特性を一定に維持する端面燃焼ロケットモータを提供する。【解決手段】  端面燃焼ロケットモータ１は、円筒形のモータケース２内に、円筒形の推進薬４を充填した構成になっており、モータケース２の内側面には、高温の燃焼ガスからモータケース２を保護するための断熱材としてインシュレーション３が内側面全体に接着されている。同様に推進薬４の側面にもその全周にわたってインシュレーション５が接着され、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３とはお互いに摺動可能に接している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケース内に推進薬を収納してなる端面燃焼固体ロケットモータであって、
前記モータケース内に収納される前記推進薬は、当該推進薬の一方の端面のみにてモータケースと接着固定されていることを特徴とする、端面燃焼固体ロケットモータ。
【請求項２】
モータケース内に推進薬を収納してなる端面燃焼固体ロケットモータであって、
前記モータケース内に収納される前記推進薬は、当該推進薬の一方の端面及び当該推進薬の軸方向における全長の１／２以下の範囲の側面、又は当該推進薬の軸方向における全長の１／２以下の範囲の側面でモータケースと接着固定されていることを特徴とする、端面燃焼固体ロケットモータ。
【請求項３】
前記推進薬は、側面に推進薬側インシュレーションを具備し、
当該推進薬側インシュレーションは、表面に複数の軸方向溝、又は周方向溝、あるいは軸方向溝と周方向溝とを組み合わせた溝を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の端面燃焼固体ロケットモータ。
【請求項４】
前記モータケースは、内側にケース側インシュレーションを具備し、
当該ケース側インシュレーションは、表面に複数の軸方向溝、又は周方向溝、あるいは軸方向溝と周方向溝とを組み合わせた溝を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の端面燃焼固体ロケットモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータケース内に推進薬を収納してなる端面燃焼固体ロケットモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体ロケットモータは液体ロケットに比べて構造が簡単で可動部分がないため、信頼性が高く、取り扱いも容易であり、推進薬を充填したまま長期保存することもできるという利点を有している。更に、固体推進薬を使用した固体ロケットは液体ロケットに比べ短時間に大推力を出すことができるという特徴も有している。
【０００３】
このような特徴を有する固体ロケットモータは、人工衛星打ち上げ用ロケットのメインモータや推力増強のための補助ロケットモータとして、あるいは防衛用のミサイル推進機関やロケット弾として利用されている一方、ロケットやミサイル等に装備される姿勢制御用の小型スラスタや、制御機器の圧力源、動力源用ガスジェネレータとしても幅広く利用されている。
【０００４】
小型スラスタやガスジェネレータのような利用分野においては、燃焼ガスの発生速度や、スラストが変動せず一定であることが強く要求されるため、円柱状の固体推進薬を端面から燃焼させていく端面燃焼型の固体ロケットモータが利用されている。
【０００５】
また、このような端面燃焼固体ロケットモータの場合、必要な作動時間を確保するためには、一般に円柱状の固体推進薬の長さが長くなる傾向にあり、このような長い円柱状の固体推進薬を高い応力を発生させること無くモータケース内に保持することも必要になる。
【０００６】
図５は、従来の端面燃焼固体ロケットモータの概略断面図である。
【０００７】
図５に示すように、従来の端面燃焼固体ロケットモータは、円筒形のモータケース８２内に、円筒形の推進薬８４を充填した構成になっており、モータケース８２頭部には推進薬８４を接着固定するために固定ブロック８８が接着固定され、モータケース８２の後部には開口が設けられノズル（不図示）に接続されている。
【０００８】
さらに、モータケース８２の内側面には、高温の燃焼ガスからモータケース８２を保護するための断熱材としてインシュレーション８３が接着固定されている。同様に推進薬８４の側面にもインシュレーション８５が接着固定され、推進薬８４側のインシュレーション８５とモータケース８２側に設けられたインシュレーション８３とはお互いに接着剤87により接着固定されている。また、推進薬８４の一方の端面８６は固定ブロックに接着固定され、他方の端面は燃焼面８９として開放されている。
【０００９】
ここで、点火器（不図示）によって、燃焼面８９に点火されると、高温、高圧の燃焼ガスが開口を通ってノズルへと噴射される。このとき推進薬８４の側面が全面的にモータケース８２の内側面と接着固定されている場合には、燃焼ガスの圧力が推進薬燃焼面に作用すると、推進薬８４の側面がモータケース８２内側面に固定されているため、推進薬燃焼面の外周部に比べ中心部の変形が大きくなり、図４の点線に示すように推進薬の燃焼面が凹状に変形する。ここで、凹部の深さｈは推進薬８４の軸方向の長さに比例するので、燃焼が進むにしたがって凹状の深さｈは小さくなり、燃焼面の面積は小さくなる。
【００１０】
また、推進薬８４の側面が全面的にモータケース８２の内側面とインシュレーション83および85を介して、接着剤87によって接着固定されているので、推進薬燃焼面に圧力が作用すると、推進薬側面の燃焼面近傍Aに応力が集中する
【特許文献１】特開昭５７−８１１４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように従来の端面燃焼ロケットモータは、充填された推進薬の側面で全面的にモータケースの内側面とインシュレーションを介して、接着剤によって接着固定されているので、燃焼時、推進薬の燃焼面が凹状に変形し、燃焼が進むにしたがって凹状の変形の深さが変化する。このため、燃焼が進むにしたがって燃焼面の面積が変化するため、ノズルから噴出する燃焼ガスの噴射特性を一定に維持することが出来なかった。
【００１２】
また、推進薬の側面がモータケースに拘束されるので、燃焼中に推進薬燃焼面に圧力が作用すると、推進薬側面において燃焼面近傍に応力が集中するため、推進薬にクラックが入り、バーストの原因となる場合があった。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃焼時、推進薬の燃焼面の変形を抑制し、燃焼ガスの噴射特性を一定に維持するとともに、推進薬側面において燃焼面近傍に応力が集中するのを防止する端面燃焼ロケットモータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る端面燃焼固体ロケットモータは、モータケース内に推進薬を収納してなる端面燃焼固体ロケットモータであって、前記モータケース内に収納される前記推進薬は、当該推進薬の一方の端面のみにてモータケースと接着固定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る端面燃焼固体ロケットモータは、モータケース内に推進薬を収納してなる端面燃焼固体ロケットモータであって、前記モータケース内に収納される前記推進薬は、当該推進薬の一方の端面及び当該推進薬の軸方向における全長の１／２以下の範囲の側面、又は当該推進薬の軸方向における全長の１／２以下の範囲の側面でモータケースと接着固定されていることを特徴とする。
【００１６】
ここでいう端面燃焼固体ロケットモータは、推進力を発生させるために使用するものの外、ガスジェネレータとして利用するものも含む概念である。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように、本発明に係る端面燃焼固体ロケットモータによれば、充填された推進薬の側面の大部分又は全部がモータケースと接着固定されていないので、推進薬の燃焼中、推進薬の側面はモータケースに拘束されることなく、軸方向へ移動することが可能であり、燃焼中、推進薬燃焼面に圧力が作用したとしても端面が平行に変化するだけである。したがって、推進薬の燃焼中に推進薬燃焼面の外周部に比べ中心部の変形が大きくなるということがなく、推進薬燃焼面が凹状に変形しないので、ノズルから噴出する燃焼ガスの噴射特性を一定に維持させることができる。
【００１８】
また、推進薬の側面がモータケースに拘束されないので、推進薬の燃焼中に推進薬側面において燃焼面近傍に応力が集中し、推進薬にクラックが入ることによるバーストを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、実施例１の端面燃焼固体ロケットモータ１の軸方向断面図であり、図２は端面燃焼固体ロケットモータの軸方向に垂直な断面図である。
【００２０】
図１に示すように、実施例１における端面燃焼ロケットモータ１は、円筒形のモータケース２内に、円筒形の推進薬４を充填した構成になっており、モータケース２頭部には推進薬４を接着固定するために固定ブロック８が接着固定され、モータケース２の後部には開口が設けられノズル（不図示）に接続されている。
【００２１】
さらに、モータケース２の内側面には、高温の燃焼ガスからモータケース２を保護するための断熱材としてインシュレーション３が内側面全体に接着されている。同様に推進薬４の側面にもその全周にわたってインシュレーション５が接着されている。  なお、図1、2、および3には、推進薬4の側面7を空間として図示しているが、これは本発明の説明を容易にするためにこのような空間を設けて表現したものであり、実際には推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３とはお互いに摺動可能に接している。 また、推進薬４の一方の端面６は固定ブロック８に接着固定され、他方の端面は燃焼面９として開放されている。
【００２２】
次に作用を説明する。
【００２３】
モータケース２内の推進薬４の燃焼面９に点火すると、高温、高圧の燃焼ガスが開口を通ってノズルへと噴射される。このとき、この燃焼ガスの作用により、燃焼面９に圧力が加わる。
【００２４】
ここで、推進薬４は、燃焼面９とは反対側の端面６のみで固定ブロック８と接着固定されているため、推進薬４の側面は軸方向に摺動可能となり側面に働く軸方向の応力を逃がすことが出来る。したがって、燃焼面９に燃焼ガスの作用による圧力が加わっても、推進薬４の側面において軸方向に大きな応力が加わることはないので、実質的に推進薬４は静水圧負荷状態となる。このため推進薬４の燃焼面９が凹状に変形することはなく、初期のほぼ平らな形状を維持したまま燃焼が進み、したがって、燃焼ガスの噴射特性が一定に維持される。
【００２５】
さらに、このロケットモータ１を保管している場合において、気温の変化に対する推進薬４とモータケース２の間で熱膨張の差があった場合に、推進薬４の側面は、モータケース２と接着されていないので、推進薬４は軸方向に膨張することが出来る。したがって、このような場合でも推進薬４内部に応力が生じてクラックが発生することはない。
【００２６】
なお、ここで推進薬４は、燃焼面９とは反対側の端面６のみで固定ブロック８と接着固定させたが、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３とを固定ブロック８側の端面から軸方向に全長の１／２以下の範囲で接着固定させ、他の部分をお互いに摺動可能に接触させておいても、推進薬４の側面が摺動可能となるので、同様の効果が得られる。この場合、固定ブロック８と推進薬４の端面６とは接着しても接着しなくても良い。
【００２７】
このように、実施例１によれば、充填された推進薬４の側面の大部分又は全部がモータケース２と接着固定されていないので、推進薬４の燃焼中、推進薬４の側面７はモータケース２に拘束されることなく、軸方向へ移動することが可能であり、燃焼中、推進薬燃焼面９に圧力が作用したとしても燃焼面９が平行に変化するだけである。したがって、推進薬４の燃焼中に推進薬燃焼面９の外周部に比べ中心部の変形が大きくなるということはなく、推進薬燃焼面９が凹状に変形しないので、ノズルから噴出する燃焼ガスの噴射特性を一定に維持させることができる。
【００２８】
また、実施例１によれば、推進薬４の側面７がモータケース２に拘束されないので、推進薬４の燃焼中に推進薬側面７において燃焼面９の近傍に応力が集中し、推進薬４にクラックが入ることによるバーストを防止することができる。
【００２９】
さらに、実施例１によれば、気温の変化により推進薬４とモータケース２の間で熱膨張の差があった場合でも、推進薬４は軸方向に膨張することが出来るため、推進薬４内部に応力が生じてクラックが発生することはない。
【００３０】
図３は、実施例２の端面燃焼固体ロケットモータ１の軸方向に垂直な断面図である。
【００３１】
実施例２における端面燃焼固体ロケットモータ１も実施例１と同様の構成となっている。すなわち、円筒形のモータケース２内に、円筒形の推進薬４を充填した構成になっており、モータケース２頭部には推進薬４を接着固定するために固定ブロック８が接着固定され、モータケース２の後部には開口が設けられノズル（不図示）に接続されている。
【００３２】
さらに、モータケース２の内側面には、断熱材としてインシュレーション３が接着されており、同様に推進薬４の側面にもインシュレーション５が接着されている。そして、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３とはお互いに摺動可能に接している。また、推進薬４の一方の端面６は固定ブロック８に接着固定され、他方の端面は燃焼面９として開放されている。
【００３３】
そして、図3に示すように、推進薬４の側面に全周にわたって接着されたインシュレーション５の表面には、軸方向に溝１１が施されており、この点が実施例1と相違する。
【００３４】
次に作用を説明する。
【００３５】
実施例１の場合と同様、燃焼ガスの作用により、燃焼面に圧力が加わったとき、推進薬４は、燃焼面９とは反対側の端面６のみで固定ブロック８と接着固定されているため、推進薬４の側面は軸方向に摺動可能となり側面に働く軸方向の応力を逃がすことが出来る。したがって、推進薬４の側面において軸方向に大きな応力が加わることはないので、実質的に推進薬４は静水圧負荷状態となる。このため推進薬４の燃焼面９が凹状に変形することはなく、初期のほぼ平らな形状を維持したまま燃焼が進み、したがって、燃焼ガスの噴射特性が一定に維持される。
【００３６】
また、このロケットモータ１を保管している場合において、気温の変化に対する推進薬４とモータケース２の間で熱膨張の差があった場合に、推進薬４の側面は、モータケース２と接着されていないので、推進薬４は軸方向に膨張することが出来る。さらに、インシュレーションに溝が施されているので、推進薬４が熱膨張したとき、インシュレーションの凸部が弾性変形するので、半径方向の膨張による変位の吸収が可能となる。
【００３７】
また、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３との接触面積が、インシュレーション５の表面に溝１１がない場合に比べて小さくなるので、推進薬４は、より自由に軸方向に滑ることができる。したがって、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３との間で働く摩擦力により、推進薬４の軸方向への熱膨張が拘束されてしまうという現象が起こりにくくなるので、熱膨張による過大な応力の発生を回避することができる。
【００３８】
ここで、推進薬４側のインシュレーション５には、軸方向にのみ溝を施したが、溝は周方向に施してもよく、また、軸方向及び周方向の溝を組み合わせたものとしてもよい。あるいは、推進薬４側のインシュレーション５ではなく、モータケース２側に設けられたインシュレーション３の表面に、軸方向溝、又は周方向溝、又は軸方向溝と周方向溝とを組み合わせた溝を設けても良い。さらに、モータケース２側に設けられたインシュレーション３の表面及び推進薬４側のインシュレーション５の表面の両方に上述のような溝を設けても良い。
【００３９】
なお、ここで推進薬４は、燃焼面９とは反対側の端面６のみでモータケース２と接着固定させたが、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３とを固定ブロック８側の端面から軸方向に全長の１／２以下の範囲で接着固定させ、他の部分をお互いに摺動可能に接触させておいても、推進薬４の側面が部分的に摺動可能となるので、この摺動可能な領域においても同様の効果が得られる。この場合、固定ブロック８と推進薬４の端面６とは接着しても接着しておかなくても良い。
【００４０】
このように、実施例２によれば、充填された推進薬４の側面の大部分又は全部がモータケース２と接着固定されていないので、推進薬４の燃焼中、推進薬４の側面７はモータケース２に拘束されることなく、軸方向へ移動することが可能であり、燃焼中、推進薬燃焼面９に圧力が作用したとしても燃焼面９が平行に変化するだけである。したがって、推進薬４の燃焼中に推進薬燃焼面９の外周部に比べ中心部の変形が大きくなるということはなく、推進薬燃焼面９が凹状に変形しないので、ノズルから噴出する燃焼ガスの噴射特性を一定に維持させることができる。
【００４１】
また、実施例２によれば、推進薬４の側面７がモータケース２に拘束されないので、推進薬４の燃焼中に推進薬側面７において燃焼面９の近傍に応力が集中し、推進薬４にクラックが入ることによるバーストを防止することができる。
【００４２】
さらに、実施例２によれば、気温の変化により推進薬４とモータケース２の間で熱膨張の差があった場合でも、推進薬４は軸方向に膨張することが出来るため、推進薬４内部に応力が生じてクラックが発生することはない。
【００４３】
また、実施例２によれば、推進薬４とモータケース２の間で熱膨張の差があった場合に、インシュレーションに溝が施されているので、推進薬４が熱膨張したとき、インシュレーションの凸部が弾性変形し、半径方向の膨張による変位の吸収が可能となる。
【００４４】
このとき、インシュレーションに溝が施されているので、推進薬４側のインシュレーション５とモータケース２側に設けられたインシュレーション３との接触面積が小さくなる。したがって、これらのインシュレーション３，５間で働く摩擦力により、推進薬４の軸方向への熱膨張が拘束されてしまうという現象が起こりにくくなるので、熱膨張による過大な応力の発生を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記のように、本発明に係る端面燃焼固体ロケットモータによれば、充填された推進薬の側面の大部分又は全部がモータケースと接着固定されていないので、推進薬の燃焼中、推進薬の側面はモータケースに拘束されることなく、軸方向へ移動することが可能であり、燃焼中、推進薬燃焼面に圧力が作用したとしても端面が平行に変化するだけである。したがって、推進薬の燃焼中、推進薬の側面に応力が加わらない。したがって、推進薬の燃焼中に推進薬燃焼面の外周部に比べ中心部の変形が大きくなるということがなく、推進薬燃焼面が凹状に変形しないので、ノズルから噴出する燃焼ガスの噴射特性を一定に維持させることができる。また、推進薬の側面がモータケースに拘束されないので、推進薬の燃焼中に推進薬側面において燃焼面近傍に応力が集中し、推進薬にクラックが入ることによるバーストを防止することができるので、固体ロケットモータの性能向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の端面燃焼固体ロケットモータの軸方向断面図である。
【図２】実施例１の端面燃焼固体ロケットモータの軸方向に垂直な断面図である。
【図３】実施例２の端面燃焼固体ロケットモータの軸方向に垂直な断面図である。
【図４】従来の端面燃焼固体ロケットモータの動作説明図である。
【図５】従来の端面燃焼固体ロケットモータの軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  端面燃焼固体ロケットモータ
２  モータケース
３  モータケース側インシュレーション
４  推進薬
５  推進薬側インシュレーション
６  端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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