(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも効率的に燃焼させることができ、かつ効率的な燃焼が従来よりも持続しやすい固体燃料と、その固体燃料を備えるハイブリッドロケットとを提供する。【解決手段】固体燃料１００は、ハイブリッドロケットが推進する方向に平行な長さ方向の一方の端部である始端部１００ａの開口と、他方の端部である終端部１００ｂの開口とを連通させる流路１２０を内部に画定しており、始端部１００ａから終端部１００ｂに向かう燃焼ガスの噴流が流路１２０内に生じる態様で燃焼されることにより、ハイブリッドロケットに推力を付与する。固体燃料１００は、終端部１００ｂに近づくに従って流路１２０の断面積を増大させている部分を有する末広部１５０と、末広部１５０の終端部１００ｂに近い方の端部である終端側端部１６０に連接して配置され、流路１２０の断面積を末広部１５０の終端側端部１６０よりも減少させている段差部１８０とを有する。【選択図】図２
2019138246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットが推進する方向に平行な長さ方向の両端部に開口が形成され、かつ前記長さ方向の一方の端部である始端部の前記開口と、他方の端部である終端部の前記開口とを連通させる流路を内部に画定しており、
前記始端部から前記終端部に向かう燃焼ガスの噴流が前記流路内に生じる態様で燃焼されることにより、前記ロケットに推力を付与する固体燃料であって、
前記終端部に近づくに従って前記流路の断面積を増大させている部分を有する末広部と、
前記末広部の前記終端部に近い方の端部である終端側端部に連接して配置され、前記流路の断面積を前記末広部の前記終端側端部よりも減少させている段差部と、
を有する、固体燃料。
【請求項２】
前記固体燃料が、前記末広部と前記段差部との組を前記長さ方向に複数有する、
請求項１に記載の固体燃料。
【請求項３】
前記固体燃料が、前記長さ方向に関して、各々が前記末広部を構成する３つ以上の複数のブロックに分割されて構成されており、
各々の前記ブロックの、前記長さ方向に関して前記終端部に近い方の一端部が、該ブロックが構成する前記末広部の前記終端側端部を構成し、かつ前記始端部に近い方の他端部が該終端側端部よりも開口のサイズが小さい始端側端部を構成しており、
前記長さ方向に隣接する２つの前記ブロックのうち、前記終端部に近い方の前記ブロックの前記始端側端部が、前記始端部に近い方の前記ブロックの前記終端側端部に連接する前記段差部を構成するように、３つ以上の複数の前記ブロックが前記長さ方向に隣接して並べられることにより、前記末広部と前記段差部との組を前記長さ方向に複数有する、
請求項２に記載の固体燃料。
【請求項４】
前記固体燃料が、最も前記始端部に近い前記末広部と前記始端部との間、及び最も前記終端部に近い前記段差部と前記終端部との間の少なくとも一方に、前記流路の断面積を前記長さ方向に一定に保っているストレート部、
をさらに有する、請求項２又は３に記載の固体燃料。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の固体燃料と、
前記固体燃料を酸化させる液体又は気体の酸化剤を、前記固体燃料の前記始端部の前記開口から前記流路内に供給することにより、前記始端部から前記終端部に向かう燃焼ガスの噴流が前記流路内に生じる態様で前記固体燃料を燃焼させる酸化剤供給器と、
を備える、ハイブリッドロケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料及びハイブリッドロケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体状の燃料（以下、固体燃料という）に液体状の酸化剤（以下、液体酸化剤という）を供給することで固体燃料を燃焼させ、その燃焼で生じた燃焼ガスを噴出することで推力を得るハイブリッドロケットが知られている。なお、“ハイブリッド”とは、推力を得るための材料に固体と液体の双方を用いることを意味する。
【０００３】
固体燃料には、ハイブリットロケットが推進する方向に貫通した円柱状の流路が形成されており、その流路に液体酸化剤が供給される。これにより、その流路内に燃焼ガスの噴流が生じる態様で固体燃料が燃焼される。ハイブリッドロケットに大きな推力を付与するためには、固体燃料をできるだけ効率的に燃焼させることが肝要である。ここで“効率的”とは、可能な限り短時間に、より多くの燃料を熱分解することを意味する。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示されるように、燃焼ガスが流れる流路の断面積を局所的に減少させる段差部を備えた固体燃料が提案されている。この段差部は、流路内において燃焼ガスの流れを乱すことで、固体燃料が熱分解した燃料ガスと液体酸化剤との混合を促進することを意図したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭４６−３９６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記段差部は、燃焼ガスの衝突を受けるため、固体燃料における他の部分よりも速やかに焼失しがちである。段差部が焼失した後は、流路内で燃焼ガスの流れを乱す効果が得られないため、固体燃料の燃焼の効率化が図られない。そこで、効率的な燃焼が持続しやすい固体燃料が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、従来よりも効率的に燃焼させることができ、かつ効率的な燃料が従来よりも持続しやすい固体燃料と、その固体燃料を備えるハイブリッドロケットとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体燃料は、
ロケットが推進する方向に平行な長さ方向の両端部に開口が形成され、かつ前記長さ方向の一方の端部である始端部の前記開口と、他方の端部である終端部の前記開口とを連通させる流路を内部に画定しており、
前記始端部から前記終端部に向かう燃焼ガスの噴流が前記流路内に生じる態様で燃焼されることにより、前記ロケットに推力を付与する固体燃料であって、
前記終端部に近づくに従って前記流路の断面積を増大させている部分を有する末広部と、
前記末広部の前記終端部に近い方の端部である終端側端部に連接して配置され、前記流路の断面積を前記末広部の前記終端側端部よりも減少させている段差部と、
を有する。
【０００９】
前記固体燃料が、前記末広部と前記段差部との組を前記長さ方向に複数有する、
構成としてもよい。
【００１０】
前記固体燃料が、前記長さ方向に関して、各々が前記末広部を構成する３つ以上の複数のブロックに分割されて構成されており、
各々の前記ブロックの、前記長さ方向に関して前記終端部に近い方の一端部が、該ブロックが構成する前記末広部の前記終端側端部を構成し、かつ前記始端部に近い方の他端部が該終端側端部よりも開口のサイズが小さい始端側端部を構成しており、
前記長さ方向に隣接する２つの前記ブロックのうち、前記終端部に近い方の前記ブロックの前記始端側端部が、前記始端部に近い方の前記ブロックの前記終端側端部に連接する前記段差部を構成するように、３つ以上の複数の前記ブロックが前記長さ方向に隣接して並べられることにより、前記末広部と前記段差部との組を前記長さ方向に複数有する、
構成としてもよい。
【００１１】
前記固体燃料が、最も前記始端部に近い前記末広部と前記始端部との間、及び最も前記終端部に近い前記段差部と前記終端部との間の少なくとも一方に、前記流路の断面積を前記長さ方向に一定に保っているストレート部、
をさらに有する構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係るハイブリッドロケットは、
上述した固体燃料と、
前記固体燃料を酸化させる液体又は気体の酸化剤を、前記固体燃料の前記始端部の前記開口から前記流路内に供給することにより、前記始端部から前記終端部に向かう燃焼ガスの噴流が前記流路内に生じる態様で前記固体燃料を燃焼させる酸化剤供給器と、
を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る固体燃料によれば、流路内で燃焼ガスの流れを乱す段差部を、末広部の終端側端部に連接して配置したことにより、固体燃料の燃焼が進行した後においても段差部が残留しやすい。従って、流路内で燃焼ガスの流れを乱す効果が失われにくい。このため、本発明に係る固体燃料は、従来よりも効率的に燃焼させることができ、かつ効率的な燃料が従来よりも持続しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係るハイブリッドロケットの構成を示す概念図。
【図２】実施形態１に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図３】実施形態１に係る固体燃料の損耗の態様を示す概念図。
【図４】実施形態２に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図５】実施形態３に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図６Ａ】変形例に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図６Ｂ】他の変形例に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図７】比較例１に係る固体燃料の構成を示す断面図。
【図８】比較例１に係る固体燃料の損耗の態様を示す概念図。
【図９】比較例２に係る固体燃料の損耗の態様を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。
【００１６】
［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッドロケット７００は、燃焼されることにより推力を生む固体燃料１００と、固体燃料１００を収容するケーシング６１０と、ケーシング６１０内の固体燃料１００に液体酸化剤を供給する酸化剤供給器６２０と、ケーシング６１０内において固体燃料１００が熱分解した燃料ガスと液体酸化剤とが共存する領域に火炎を生じさせるイグナイター６３０とを備える。
【００１７】
酸化剤供給器６２０は、液体酸化剤を貯留した液体酸化剤タンク６２１と、液体酸化剤タンク６２１とケーシング６１０の内部空間とが連通する部分に設けられた液体酸化剤供給弁６２２と、液体酸化剤供給弁６２２を通過した液体酸化剤を、ケーシング６１０内において噴霧させる噴霧器６２３とを有する。
【００１８】
また、酸化剤供給器６２０は、液体酸化剤タンク６２１に貯留された液体酸化剤をケーシング６１０に向けて押し出すための不活性ガスが圧入されたガスタンク６２４と、ガスタンク６２４と液体酸化剤タンク６２１とが連通する部分に設けられたガス弁６２５とを有する。
【００１９】
ケーシング６１０は、固体燃料１００を収容するケーシング本体部６１１と、ケーシング本体部６１１につながれたノズル部６１２とを有する。
【００２０】
以下の説明を容易にするために、ケーシング本体部６１１の内部を通り、ハイブリッドロケット７００が推進する方向に延びる仮想中心軸線ＶＬを定義する。ケーシング本体部６１１は、仮想中心軸線ＶＬを中心軸とする中空筒状をなす。ノズル部６１２は、ケーシング本体部６１１の、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向の一端部につながれている。
【００２１】
ケーシング本体部６１１の長さ方向の他端部には、上述した液体酸化剤供給弁６２２を介して液体酸化剤タンク６２１が連通している。ケーシング本体部６１１の他端部の内壁と固体燃料１００との間には、空隙ＧＰが確保されており、その空隙ＧＰに、上述した噴霧器６２３が配置されている。また、上述したイグナイター６３０は、空隙ＧＰに面するように配置されている。
【００２２】
固体燃料１００は、仮想中心軸線ＶＬに沿う流路１２０を内部に画定している。固体燃料１００の、仮想中心軸線ＶＬと平行な長さ方向の両端部は開口している。固体燃料１００の長さ方向の一方の端部である始端部１００ａの開口１３０と、他方の端部である終端部１００ｂの開口１４０とが、流路１２０によって連通している。
【００２３】
以下、ハイブリッドロケット７００の動作について説明する。まず、ハイブリッドロケット７００の発射に先立って、イグナイター６３０により高温の燃料ガスを発生させる。なお、この燃焼ガスは、固体燃料１００以外の燃料が燃焼したものである。これにより、イグナイター６３０により生じた燃焼ガスが、空隙ＧＰ及び流路１２０内に存在し、固体燃料１００が一部熱分解した状態となる。
【００２４】
かかる状態で、ガス弁６２５及び液体酸化剤供給弁６２２を開く。すると、ガスタンク６２４内の不活性ガスが、液体酸化剤タンク６２１内の液体酸化剤をケーシング６１０に向けて押し出す。押し出された液体酸化剤は、噴霧器６２３から、空隙ＧＰ及び開口１３０を通じて、流路１２０内に供給される。
【００２５】
液体酸化剤が噴霧器６２３から噴出すると、固体燃料１００の、流路１２０に面する内面での熱分解が促進されて燃焼が開始することにより、火炎及び燃焼ガスが生成される。火炎及び燃焼ガスは、始端部１００ａから終端部１００ｂに向かって、流路１２０を流れる。その過程で、火炎及び燃焼ガスが、未燃の固体燃料１００の表層部を熱分解させて燃料ガスを生じさせ、再びその燃料ガスが燃焼する。
【００２６】
このようにして固体燃料１００は、始端部１００ａから終端部１００ｂに向かう燃焼ガスの噴流が流路１２０内に生じる態様で燃焼される。終端部１００ｂから流出した燃焼ガスは、ノズル部６１２において超音速に加速され、ノズル部６１２から噴出される。その燃焼ガスの噴出に対する反作用によって、ハイブリッドロケット７００に推力が付与される。
【００２７】
以上説明したハイブリッドロケット７００において、固体燃料１００がハイブリッドロケット７００に付与する推力は、固体燃料１００の燃焼の効率に依存する。即ち、固体燃料１００が効率的に燃焼する程、大きな推力が得られる。そこで、本実施形態に係るハイブリッドロケット７００は、固体燃料１００が効率的に燃焼可能な構造を備える点を最大の特徴としている。
【００２８】
以下、本実施形態に係る固体燃料１００の構造の説明に先立ち、従来技術の課題を示すために、図７及び図８を参照し、比較例１に係る固体燃料４００について説明する。
【００２９】
図７に示すように、比較例１に係る固体燃料４００は、燃焼ガス及び火炎が流れる流路４１０を画定する形状をなしていると共に、流路４１０の、仮想中心軸線ＶＬに垂直な断面積を局所的に減少させる段差部４２０を複数備える。各々の段差部４２０は、固体燃料４００の、流路４１０に面する内面における段差部４２０が存在しない部分よりも、仮想中心軸線ＶＬに近づくように仮想中心軸線ＶＬに垂直な径方向内方に突出している。
【００３０】
図８に示すように、各々の段差部４２０には、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬ’が当たる。このため、流路４１０内において、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬ’が段差部４２０で乱される。これにより、特に段差部４２０及びその周囲において、固体燃料４００の熱分解が促進され、固体燃料４００が熱分解した燃料ガスと液体酸化剤との混合が促進される。
【００３１】
しかし、段差部４２０は、燃焼ガス及び火炎の衝突を受けるため、固体燃料４００における他の部分よりも速やかに焼失しがちである。図８中、破線ＳＸ、ＳＹ、及びＳＺは、それぞれ固体燃料４００の熱分解が進行した後の各段階における固体燃料４００の流路４１０に面する内面の位置を示す。破線ＳＸ、ＳＹ、ＳＺの順に、熱分解が進行する。
【００３２】
破線ＳＸ〜ＳＺが示すように、固体燃料４００の熱分解は、仮想中心軸線ＶＬが遠ざかる径方向外方に進行し、これに伴って段差部４２０が次第に焼失する。段差部４２０が焼失した後は、流路４１０内で燃焼ガス及び火炎の流れＦＬ’を乱す効果が得られないため、固体燃料４００の燃焼の効率化が図られず、推力の低下が生じる。
【００３３】
以上説明した課題を踏まえ、以下、図２及び図３を参照し、本実施形態に係る固体燃料１００の構造について説明する。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態に係る固体燃料１００は、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に関して、４つのブロック１１１、１１２、１１３、及び１１４に分割された構成を有する。
【００３５】
ブロック１１１〜１１４の各々は、末広部１５０を構成している。末広部１５０は、終端部１００ｂに近づくに従って、流路１２０の、仮想中心軸線ＶＬに垂直な断面積を増大させている。
【００３６】
ブロック１１１〜１１４の各々が構成する末広部１５０の、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に関して、終端部１００ｂに近い方の一端部は、相対的に大きく開口した終端側端部１６０を構成し、始端部１００ａに近い方の他端部は、終端側端部１６０よりも開口のサイズが小さい始端側端部１７０を構成している。
【００３７】
そして、長さ方向に隣接する２つのブロック１１１及び１１２のうち、終端部１００ｂに近い方のブロック１１２の始端側端部１７０が、始端部１００ａに近い方のブロック１１１の終端側端部１６０に連接する段差部１８０を構成している。段差部１８０は、流路１２０の、仮想中心軸線ＶＬに垂直な断面積を、末広部１５０の終端側端部１６０よりも減少させている。
【００３８】
同様に、長さ方向に隣接する２つのブロック１１２及び１１３、並びに２つのブロック１１３及び１１４においても、末広部１５０と段差部１８０との組が構成されている。このように、４つのブロック１１１〜１１４が、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に隣接して並べられることにより、固体燃料１００は、末広部１５０と段差部１８０との組を長さ方向に複数有する。
【００３９】
図３に示すように、各々の段差部１８０には、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬが当たる。このため、流路１２０内において、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬが段差部１８０で乱される。これにより、固体燃料１００の熱分解が促進され、固体燃料１００が熱分解した燃料ガスと液体酸化剤との混合が促進される。
【００４０】
図３中、破線ＳＡ、ＳＢ、及びＳＣは、それぞれ固体燃料１００の熱分解が進行した後の各段階における固体燃料１００の流路１２０に面する内面の位置を示す。破線ＳＡ、ＳＢ、ＳＣの順に、熱分解が進行する。固体燃料１００の熱分解が、仮想中心軸線ＶＬが遠ざかる径方向外方に進行する点は、図８に示した比較例１と同様である。
【００４１】
但し、本実施形態では、破線ＳＡ〜ＳＣが示すように、固体燃料１００の熱分解の進行に伴って、段差部１８０の位置が図２に示す終端部１００ｂに近づく方向に変位することはあるが、図８に示す比較例１の場合と比べて、段差部１８０が完全には焼失しにくい。
【００４２】
これは、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬの流速が末広部１５０で適度に減速されたことにより、段差部１８０での局所的で過剰な損耗が抑えられるためと推定される。また、末広部１５０の内面に沿う燃焼ガス及び火炎の流れＦＬが、仮想中心軸線ＶＬが遠ざかる径方向外方の速度成分を有するため、固体燃料１００の内面が、仮想中心軸線ＶＬに平行なフラットな面になりにくいことも、段差部１８０が残留しやすい理由の１つではないかと推定される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る固体燃料１００によれば、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬを乱す段差部１８０を、末広部１５０の終端側端部１６０に連接して配置したことにより、固体燃料１００の燃焼が進行した後においても、段差部１８０が残留しやすい。従って、流路１２０内で燃焼ガス及び火炎の流れＦＬを乱す効果が失われにくい。このため、本実施形態に係る固体燃料１００は、従来よりも効率的に燃焼させることができ、かつ効率的な燃料が従来よりも持続しやすい。即ち、本実施形態に係るハイブリッドロケット７００は、従来に比べて、大きな推力を持続して得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る固体燃料１００は、末広部１５０と段差部１８０との組を、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に複数組有するため、各々の段差部１８０において、燃焼ガス及び火炎の流れＦＬが乱される。このため、末広部１５０と段差部１８０との組を１組しか備えない場合に比べて、高い燃焼効率を得ることができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る固体燃料１００は、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に４つのブロック１１１〜１１４に分割されており、ブロック１１１〜１１４を並べるだけで、末広部１５０と段差部１８０との組を複数構成できる。このため、本実施形態に係る固体燃料１００は、容易に実現できる。ブロック１１１〜１１４を互いに等しい寸法及び形状のものとすることにより、製造の容易化も図られる。また、ブロック１１１〜１１４に分割されている構成は、ケーシング６１０内に固体燃料１００を充填する作業の容易化にも資する。
【００４６】
［実験例］
以下、図２に示す固体燃料１００が、従来のものよりも効率的に燃焼させることができ、かつ効率的な燃料が従来よりも持続しやすいことを確認した実験について述べる。
【００４７】
図２に示す固体燃料１００の縮尺模型としての小型のサンプルを作成し、かかる固体燃料１００のサンプルを、その流路１２０にガス酸素を導入しつつ燃焼させ、所定期間にわたる平均後退速度を計測した。なお、固体燃料１００のサンプルは、アクリル樹脂で作製した。
【００４８】
平均後退速度は、固体燃料１００の燃焼に伴う体積減少によって、流路１２０に面する内面の各微小領域が、その微小領域と直角な方向に後退する速度の、内面の全領域及び燃焼を行った全期間についての平均値を表す。平均後退速度Ｖは、固体燃料１００を燃焼させた期間長をΔｔ、その期間長にわたる燃焼で固体燃料１００の質量が減少した量をΔｍ、燃焼前の固体燃料１００の、流路１２０に面する内面の表面積をＡ、固体燃料１００の単位体積あたりの質量をρとしたとき、次式で与えられる：
Ｖ＝Δｍ／（Ａ・ρ・Δｔ）
【００４９】
また、比較のために、図７に示す比較例１に係る固体燃料４００の縮尺模型としての小型のサンプルも同じくアクリル樹脂で作製し、同じ実験条件で平均後退速度を計測した。なお、上述したΔｔは、比較例１に係る固体燃料４００の段差部４２０がほぼ焼失するのに要する期間長とした。実験の結果、固体燃料１００のサンプルの、Δｔにわたる平均後退速度は、０．６６［ｍｍ／ｓｅｃ］であり、比較例１に係る固体燃料４００の、Δｔにわたる平均後退速度は、０．５３［ｍｍ／ｓｅｃ］であった。
【００５０】
このように、図２に示す固体燃料１００のサンプルの方が、図７に示す比較例１に係る固体燃料４００のサンプルよりも、Δｔにわたる平均後退速度が大きいことが確認された。これは、図２に示す固体燃料１００のサンプルにおける段差部１８０が、比較例１に係る固体燃料４００のサンプルにおける段差部４２０よりも長く残留し、段差部１８０の存在に起因する効率的な燃焼が、少なくともΔｔにわたって持続したためである。
【００５１】
［実施形態２］
上記実施形態１では、各々が末広部１５０を構成するブロック１１１〜１１４だけで固体燃料１００を実現したが、固体燃料１００は、流路１２０の断面積を仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に一定に保っているストレート部をさらに備えてもよい。以下、その具体例について述べる。
【００５２】
図９を参照し、まず本実施形態の基礎となった実験結果について説明する。図９に示すように、始端部５００ａから終端部５００ｂにわたって流路５１０の断面積が一定に保たれた直管状をなす比較例２の固体燃料５００を作製した。そして、流路５１０にガス酸素を供給することで固体燃料５００を燃焼させたところ、破線ＳＷが示すように、固体燃料５００の内面の後退速度が、固体燃料５００の長さ方向の位置によって異なることが判明した。
【００５３】
即ち、固体燃料５００の長さ方向の中間位置よりも始端部５００ａ寄りの位置に、内面の後退速度が相対的に遅い領域（以下、遅後退領域という。）５２０が存在する。本実施形態は、この遅後退領域５２０の燃焼を促進することで、内面の後退速度を長さ方向の位置に依存しにくくすることを意図したものである。以下、具体的に説明する。
【００５４】
図４に示すように、本実施形態に係る固体燃料２００は、各々末広部１５０を構成するブロック１１１〜１１３を備える点では上記実施形態１と共通するが、流路２２０の断面積を長さ方向に一定に保っている第１ストレート部２３０及び第２ストレート部２４０を備える点で、上記実施形態１と相違する。
【００５５】
第１ストレート部２３０は、最も始端部２００ａに近い末広部１５０と始端部２００ａとの間に配置されている。第２ストレート部２４０は、最も終端部２００ｂに近い段差部１８０と終端部２００ｂとの間に配置されている。
【００５６】
それら第１ストレート部２３０及び第２ストレート部２４０よりも効率的に燃焼するブロック１１１〜１１３を、図９に示した遅後退領域５２０の位置に相当する位置に配置するために、第２ストレート部２４０の長さは、第１ストレート部２３０の長さよりも長く設定されている。
【００５７】
本実施形態によれば、第１ストレート部２３０と第２ストレート部２４０との間に、相対的に燃焼効率の高いブロック１１１〜１１３を配置したので、流路２２０に面する内面の後退速度が長さ方向の位置に依存しにくい。このため、固体燃料２００の燃焼途中で、ケーシング本体部６１１の内面が流路２２０に面するように局所的に露出するといった事態が発生しにくい。従って、ケーシング本体部６１１のいずれかの箇所の内面が露出した時点で、液体酸素の供給を停止して固体燃料２００の燃焼を終了させるにあたり、固体燃料２００の燃え残りが生じにくい。
【００５８】
［実施形態３］
上記実施形態２では、ブロック１１１〜１１３の両側に合計で２つの第１ストレート部２３０及び第２ストレート部２４０を備えたが、ブロック１１１〜１１３の片側にのみ第１ストレート部２３０又は第２ストレート部２４０を配置してもよい。以下、その具体例について述べる。
【００５９】
図５に示すように、本実施形態に係る固体燃料３００は、各々末広部１５０を構成するブロック１１１〜１１３を備える点では上記実施形態２と共通するが、流路３２０の断面積を長さ方向に一定に保っているストレート部３３０を、ブロック１１１〜１１３と始端部３００ａとの間にのみ備える点で、上記実施形態２と相違する。
【００６０】
一般に、始端部３００ａの開口から供給される液体酸化剤は、固体燃料３００の燃焼に消費されるので、流路３２０内の酸素濃度は、仮想中心軸線ＶＬに平行な長さ方向に関して、終端部３００ｂに近い下流部分程薄くなりがちである。この点、本実施形態によれば、酸素濃度が薄くなりがちな終端部３００ｂに近い下流部分に、相対的に燃焼効率の高いブロック１１１〜１１３を配置したので、固体燃料３００の下流部分の燃え残りを抑制でき、固体燃料３００を無駄なく消費できる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下に述べる変形も可能である。
【００６２】
上記実施形態１では、ブロック１１１〜１１３の各々が構成する末広部１５０が、終端部１００ｂに近づくに従って流路１２０の断面積を増大させている部分として、始端側端部１７０から終端側端部１６０にわたって傾斜した内面を有していたが、末広部１５０は、内面が傾斜した部分以外の部分を有していてもよい。
【００６３】
図６Ａ及びＢに、末広部１５０に対して、内面が傾斜した部分以外の部分を付加した変形例を示す。図６Ａに示すように、末広部１５０’は、始端側端部１７０の開口に連続するストレート部１５１を有してもよい。このようにストレート部１５１を設けることで、図２に示した例のように始端側端部１７０の開口の位置において仮想中心軸線ＶＬに近づくように突出したエッジが形成されている場合に比べると、段差部１８０の損耗が抑えられることが期待される。また、図６Ｂに示すように、末広部１５０’’は、終端側端部１６０の開口に連続するストレート部１５２を備えてもよい。ストレート部１５１及び１５２は、流路１２０の断面積を一定に保っている。
【００６４】
上記実施形態３では、ストレート部３３０を、ブロック１１１〜１１３よりも始端部３００ａに近い上流側に配置したが、ストレート部３３０を、ブロック１１１〜１１３よりも終端部３００ｂに近い下流側に配置してもよい。その場合でも、ブロック１１１〜１１３において火炎及び燃焼ガスの流れＦＬが乱されるので、その乱された火炎及び燃焼ガスの流れＦＬがストレート部３３０に流入する。このため、ブロック１１１〜１１３が存在しない場合に比べると、ストレート部３３０の燃焼も促進することができる。
【００６５】
上記実施形態１〜３において、固体燃料１００〜３００を酸化させる酸化剤の素材は、特に限定されない。酸化剤として、例えば、液体酸素、液体フッ素、過酸化水素等の液体を用いることができる。また、上記実施形態１〜３では、酸化剤を液体の形態で、固体燃料１００〜３００に供給したが、酸化剤を気体又は気液混合の形態で、固体燃料１００〜３００に供給してもよい。
【００６６】
上記実施形態１〜３に係る固体燃料１００〜３００の素材は、特に限定されない。固体燃料１００〜３００の素材として、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、パラフィン、その他の有機化合物や、アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、その他の金属粉末を用いることができる。また、固体燃料１００〜３００の素材に、酸化される被酸化性の材料のみならず、酸化剤や火薬も含めることにより、固体燃料１００〜３００を固体燃料ロケットの燃料として用いることもできる。
【００６７】
上記実施形態１〜３は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００６８】
１００…固体燃料、
１００ａ…始端部、
１００ｂ…終端部、
１１１，１１２，１１３，１１４…ブロック、
１２０…流路、
１３０…開口、
１４０…開口、
１５０，１５０’，１５０’’…末広部、
１５１，１５２…ストレート部、
１６０…終端側端部、
１７０…始端側端部、
１８０…段差部、
２００…固体燃料、
２００ａ…始端部、
２００ｂ…終端部、
２２０…流路、
２３０…第１ストレート部、
２４０…第２ストレート部、
３００…固体燃料、
３００ａ…始端部、
３００ｂ…終端部、
３２０…流路、
３３０…ストレート部、
４００…固体燃料、
４１０…流路、
４２０…段差部、
５００…固体燃料、
５００ａ…始端部、
５００ｂ…終端部、
５１０…流路、
５２０…遅後退領域、
６１０…ケーシング、
６１１…ケーシング本体部、
６１２…ノズル部、
６２０…酸化剤供給器、
６２１…液体酸化剤タンク、
６２２…液体酸化剤供給弁、
６２３…噴霧器、
６２４…ガスタンク、
６２５…ガス弁、
６３０…イグナイター、
７００…ハイブリッドロケット、
ＶＬ…仮想中心軸線、
ＧＰ…空隙、
ＦＬ，ＦＬ’ …燃焼ガス及び火炎の流れ。
【図１】
2019138246.tif 000003
【図２】
2019138246.tif 000004
【図３】
2019138246.tif 000005
【図４】
2019138246.tif 000006
【図５】
2019138246.tif 000007
【図６Ａ】
2019138246.tif 000008
【図６Ｂ】
2019138246.tif 000009
【図７】
2019138246.tif 000010
【図８】
2019138246.tif 000011
【図９】
2019138246.tif 000012