(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体を流す互いに隣接する複数の流路を備えたロケット用再生冷却燃焼室の製造方法であって、
前記ロケット用再生冷却燃焼室を構成する円筒体にあらかじめ設定された前記流路の断面形状，断面積及び長手方向の形状プロファイルに基づいて外周面で開口する溝を形成する溝加工工程と、
前記溝加工工程において前記円筒体に形成された前記溝に熱で溶融する中子を充填する中子充填工程と、
前記溝に前記中子を充填した状態の前記円筒体の外周面に電鋳を施してめっき層を形成する電鋳工程と、
前記電鋳工程で形成された前記めっき層の表面にレーザ粉体肉盛加工を施して外筒を形成すると共に、前記円筒体の前記溝に施工用冷却流体を強制的に流して冷却を行いつつ前記レーザ粉体肉盛加工によって溶融する前記溝内の中子を排出することで前記外筒及び前記円筒体の間に前記流路を形成する外筒形成兼流路形成工程と、
前記円筒体，前記めっき層及び前記外筒に対して熱処理を施してそれぞれの強度を高める熱処理工程を含むロケット用再生冷却燃焼室の製造方法。
【請求項２】
周壁が冷却流体で冷却されるロケット用再生冷却燃焼室であって、
互いに隣接する軸心方向の複数の溝を外周面に具備して前記周壁を構成する円筒体と、
前記円筒体の外周面に電鋳により形成されて該円筒体とともに前記周壁を構成し且つ前記複数の溝を塞いで前記冷却流体を流す複数の流路として形成するめっき層と、
前記めっき層上にレーザ粉体肉盛加工により形成されて前記円筒体及び該めっき層とともに前記周壁を構成する外筒を備え、
前記円筒体，前記めっき層及び前記外筒には、それぞれの強度を高める共通の熱処理が施されているロケット用再生冷却燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の燃焼ガスを生じさせる円筒形状を成すロケット用燃焼室の製造方法に関し、特に、燃焼室の周壁を冷却流体で冷却するロケット用再生冷却燃焼室の製造方法及びロケット用再生冷却燃焼室に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したロケット用再生冷却燃焼室としては、冷却流体（例えば、燃焼室に噴射する前の燃料）を流す流路が燃焼室の周壁に互いに隣接して複数配置されたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
このロケット用再生冷却燃焼室を製造する場合には、まず、円筒体の外周面に対して溝加工を施して、あらかじめ設定された仕様に基づいて溝を複数形成する。
【０００４】
次いで、円筒体の外周面に電鋳（例えばCu電鋳）を施してCuめっき層を形成することで、複数の溝を塞いで互いに隣接する複数の流路とした後、このCuめっき層で外周面が覆われた円筒体に外筒を嵌め込むことで、燃焼室の剛性を高めるようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような外周面がCuめっき層で覆われた円筒体に外筒を嵌め込むタイプのロケット用再生冷却燃焼室において、外筒と円筒体との間に隙間が生じた場合には、疲労応力によって亀裂等の不具合が発生してしまう可能性があることから、最近では、外周面のCuめっき層上にさらに厚付のNiめっき層を外筒として形成することで、燃焼室の剛性を高めるようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】第３版  航空宇宙工学便覧  社団法人  日本航空宇宙学会編  平成１８年５月２５日発行  第９１７頁〜第９１８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したようなCuめっき層上にさらに厚付のNiめっき層を形成して外筒とするタイプのロケット用再生冷却燃焼室では、電鋳の性質上施工時間が長く、施工コストが高くついてしまうという問題がある。
【０００８】
加えて、施工に用いる材料がNiやCuのような電鋳可能な金属に限定されてしまうので、これも施工コストが高騰する一因になっていると共に、ロケット用再生冷却燃焼室の軽量化の妨げになっているという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっている。
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、短時間で且つ低コストでの施工が可能であり、その結果、安価で且つ軽量のロケット用再生冷却燃焼室を製造することが可能であるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法及びロケット用再生冷却燃焼室を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するべく本発明の第１の態様は、冷却流体を流す互いに隣接する複数の流路を備えたロケット用再生冷却燃焼室の製造方法であって、前記ロケット用再生冷却燃焼室を構成する円筒体にあらかじめ設定された前記流路の断面形状，断面積及び長手方向の形状プロファイルに基づいて外周面で開口する溝を形成する溝加工工程と、前記溝加工工程において前記円筒体に形成された前記溝に熱で溶融する中子を充填する中子充填工程と、前記溝に前記中子を充填した状態の前記円筒体の外周面に電鋳を施してめっき層を形成する電鋳工程と、前記電鋳工程で形成された前記めっき層の表面にレーザ粉体肉盛加工を施して外筒を形成すると共に、前記円筒体の前記溝に施工用冷却流体を強制的に流して冷却を行いつつ前記レーザ粉体肉盛加工によって溶融する前記溝内の中子を排出することで前記外筒及び前記円筒体の間に前記流路を形成する外筒形成兼流路形成工程と、前記円筒体，前記めっき層及び前記外筒に対して熱処理を施してそれぞれの強度を高める熱処理工程を含む構成としている。
【００１１】
本発明に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法において、外筒形成工程のレーザ粉体肉盛加工（LMD;Laser Metal Deposition）には、市販のレーザ粉体肉盛装置を使用する。
【００１２】
本発明の第１の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、外筒形成工程において、円筒体の外周面に形成されためっき層上にレーザ粉体肉盛加工を施すことで外筒を形成するようにしているので、めっき層、例えば、Cuめっき層上にさらにNiめっき層を形成していた従来の製造方法と比較して、施工時間の短縮が図られることとなる。
【００１３】
加えて、外筒形成工程におけるレーザ粉体肉盛加工において、外筒に使用する金属としてインコネル（商標）等の耐熱高強度金属を適宜選定し得るので、使用する金属が電鋳可能な金属に限定されていた従来の製造方法と比較して、外筒に使用する金属の選択肢が多くなる分だけ施工コストの低減が図られるのに加えて、ロケット用再生冷却燃焼室の軽量化に寄与し得ることとなる。
【００１４】
また、本発明の第１の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、外筒に使用する金属の選択肢が多いので、例えば、円筒体としてCuを用いると共にめっき層がCuめっき層である場合において、熱に対する性状がCuに似ている耐熱高強度金属を外筒の金属として選定すれば、熱処理工程において、円筒体，Cuめっき層及び外筒の各強度を同時に高め得ることとなる。
【００１５】
さらに、本発明の第１の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、円筒体の溝に充填された中子に熱を加えて溶融させて排出することで流路を形成する流路形成工程を独立して設ける必要がなくなって、施工時間のより一層の短縮が図られることとなり、加えて、溝に充填されている中子を完全に排除することができるので、必要な流路の断面積を確保し得ることとなる。
【００１６】
さらにまた、溝に施工用冷却流体を強制的に流して冷却を行うようにしているので、円筒体及びめっき層にレーザ粉体肉盛加工による過大な熱負荷が加わらないようにするための温度管理がし易くなる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、周壁が冷却流体で冷却されるロケット用再生冷却燃焼室であって、互いに隣接する軸心方向の複数の溝を外周面に具備して前記周壁を構成する円筒体と、前記円筒体の外周面に電鋳により形成されて該円筒体とともに前記周壁を構成し且つ前記複数の溝を塞いで前記冷却流体を流す複数の流路として形成するめっき層と、前記めっき層上にレーザ粉体肉盛加工により形成されて前記円筒体及び該めっき層とともに前記周壁を構成する外筒を備え、前記円筒体，前記めっき層及び前記外筒には、それぞれの強度を高める共通の熱処理が施されている構成としている。
【００１８】
本発明の第２の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室では、周壁を構成する外筒がレーザ粉体肉盛加工により形成されているので、めっき層、例えば、Cuめっき層上にさらに形成したNiめっき層を外筒としていた従来のロケット用再生冷却燃焼室と比較して、製造に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００１９】
この際、外筒には、インコネル（商標）等の耐熱高強度金属を適宜選定して使用し得るので、外筒として使用する金属が電鋳可能な金属に限定されていた従来のロケット用再生冷却燃焼室と比較して、選択肢が多くなる分だけ施工コストの低減及び軽量化が図られることとなる。
【００２０】
加えて、円筒体，めっき層及び外筒には、それぞれの強度を高める共通の熱処理が施されているので、製造に要する時間のより一層の短縮が図られることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、必要な冷却流体を流し得る流路が確保されたロケット用再生冷却燃焼室を短時間で且つ低コストで製造することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２２】
本発明の第２の態様に係るロケット用再生冷却燃焼室では、安価で且つ軽量なものとなるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法で製造されたロケット用再生冷却燃焼室の側面説明図（ａ）及び部分断面説明図（ｂ）である。
【図２】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法の工程説明図である。
【図３】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法における筒製作工程で製作された円筒体の部分断面説明図である。
【図４】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法における溝加工工程後の円筒体の部分断面説明図である。
【図５】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法における中子充填工程後の円筒体の部分断面説明図である。
【図６】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法における電鋳工程後の円筒体の部分断面説明図である。
【図７】本発明の一実施例によるロケット用再生冷却燃焼室の製造方法における外筒形成工程後の円筒体の部分断面説明図（ａ）及び外筒形成工程で使用するレーザ粉体肉盛装置の概略構成説明図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法で製造された燃焼室を示し、図２は本発明の一実施例に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法の各工程を示している。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、高温高圧の燃焼ガスを生じさせる燃焼室１は、燃焼室本体２と、この燃焼室本体２に連続するスロート３と、このスロート３に続く膨張部４を備えており、膨張部４の裾４ａには上部スカート部５が取り付けられ、この上部スカート部５の裾５ａには下部スカート部６が取り付けられている。
【００２６】
この燃焼室１は、図１（ｂ）に示すように、周壁１０を構成する内筒（円筒体）１１と、この内筒１１の外周面１１ａに電鋳により形成されて内筒１１とともに周壁１０を構成するめっき層１２と、このめっき層１２上にレーザ粉体肉盛加工（LMD;Laser Metal Deposition）により形成された外筒１３を備えており、内筒１１，めっき層１２及び外筒１３は互いに同心円状を成している。
【００２７】
内筒１１には、互いに隣接する軸心方向の複数の溝１４ａが外周面１１ａで開口するようにして形成されている。これらの溝１４ａは、めっき層１２によって塞がれることで複数の流路１４として形成され、周壁１０はこれらの流路１４に冷却流体（例えば、燃焼室１に噴射する前の燃料）を流すことで冷却される。
【００２８】
この場合、内筒１１には、Cuの鍛造品が用いられ、めっき層１２はCu電鋳によるCuめっき層１２としている。また、外筒１３を形成するためのレーザ粉体肉盛加工にはインコネルの粉体を選定して使用する。
【００２９】
次に、このような燃料を冷却流体として流す複数の流路１４を備えた燃焼室（ロケット用再生冷却燃焼室）１の製造要領を説明する。
【００３０】
まず、図２に示す筒製作工程において、鍛造によりCu製の内筒１１を製作する（図３参照）と共に、図２に示す流路仕様設定工程において、流路１４の断面形状，断面積及び長手方向の形状プロファイルを設定すると共に流路１４の本数及び隣接する流路１４同士の間隔を設定する。
【００３１】
次いで、図２に示す溝加工工程において、図４に示すように、筒製作工程で製作された内筒１１に、流路仕様設定工程で設定された流路１４の断面形状，断面積及び長手方向の形状プロファイルに基づいて外周面１１ａで開口する複数の溝１４ａを形成する。
【００３２】
次に、図２に示す中子充填工程において、図５に示すように、内筒１１の溝１４ａに熱で溶融するワックス（中子）Ｗを充填すると共に、内筒１１の外周面１１ａ及びワックスＷの表面Ｗａに導電処理を施す。
【００３３】
そして、図２に示す電鋳工程において、図６に示すように、内筒１１の外周面１１ａ及び溝１４ａに充填したワックスＷの表面ＷａにCu電鋳を施してCuのめっき層１２を形成し、これに続いて、図２に示す整面工程において、Cuのめっき層１２の表面１２ａを整える。
【００３４】
この後、図２に示す外筒形成工程において、図７（ａ）に示すように、電鋳工程で形成されたCuのめっき層１２の表面１２ａにレーザ粉体肉盛加工を施して外筒１３を形成する。
【００３５】
上記レーザ粉体肉盛加工で使用するレーザ粉体肉盛装置は、図７（ｂ）に示すように、肉盛装置本体２０と、この肉盛装置本体２０を挟んで基礎Ｅ上に設置されて外筒形成前の燃焼室１を回転可能に支持する一対のスタンド２３，２３を備えている。肉盛装置本体２０は、インコネルの粉体をめっき層１２の表面１２ａ上に供給しつつ粉体に対してレーザ光を照射するノズル一体型のレーザヘッド２１と、このレーザヘッド２１に送り動作を行わせるフィード機構２２を具備している。
【００３６】
このレーザ粉体肉盛装置では、一対のスタンド２３，２３間において燃焼室１を軸心回りに回転させている間に、インコネルの粉体をめっき層１２の表面１２ａ上に供給しつつ粉体に対してレーザ光を照射するレーザヘッド２１をフィード機構２２により軸心方向にフィードさせることで、めっき層１２の表面１２ａ上にインコネルの肉を盛って外筒１３を形成する。
【００３７】
この外筒形成工程において、内筒１１の溝１４ａに充填されていたワックスＷは、レーザヘッド２１から照射されるレーザ光によって加熱されて溶融する。この際、燃焼室１の他端（図示左端）に環状管２６を配置して、図７（ｂ）の矢印に示すようにして施工用冷却流体（例えば水）を流すことで、冷却を行いつつ溶融したワックスＷを燃焼室１の一端（図示右端）に配置した環状管２５を介して外部に排出して流路１４を形成する。つまり、この外筒形成工程が流路形成工程を兼ねていることになる。
【００３８】
上記した外筒形成工程を兼ねる流路形成工程の後、図２に示す熱処理工程において、周壁１０を構成する内筒１１，Cuめっき層１２及び外筒１３の各強度を高めるべく、共通の熱処理を施すようにしている。
【００３９】
そして、図２に示すマニホールド等溶接工程において、燃焼室１の両端部に環状管２５，２６に代えてマニホールド等を溶接により取り付けた後、図２に示す組立・検査工程において、燃焼室１の最終組み立てに続いて検査を行うことで、燃焼室１の製造が完了する。
【００４０】
上記したように、この実施例に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、外筒形成工程において、内筒１１の外周面１１ａに形成されためっき層１２の表面１２ａ上にレーザ粉体肉盛加工を施すことで外筒１３を形成するようにしているので、例えば、Cuめっき層上にさらにNiめっき層を形成していた従来の製造方法と比較して、施工時間の短縮が図られることとなる。
【００４１】
加えて、この実施例では、外筒形成工程におけるレーザ粉体肉盛加工において、外筒１３に使用する金属として多い選択肢の中から軽量のインコネルを選定しているので、使用する金属が電鋳可能な金属に限定されていた従来の製造方法と比較して、燃焼室１の軽量化に寄与し得ることとなる。
【００４２】
また、この実施例に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、外筒１３に使用する金属の選択肢が多いので、この実施例のように、内筒１１としてCuを用いると共にめっき層１２をCuめっき層とした場合において、熱に対する性状がCuに似ているインコネルを外筒１３の金属として選定することで、熱処理工程において、周壁１０を構成する内筒１１，Cuめっき層１２及び外筒１３の各強度を同時に高め得ることとなる。
【００４３】
さらに、この実施例に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法では、レーザ粉体肉盛加工のレーザ光によって加熱されて溶融した内筒１１の溝１４ａ内のワックスＷを強制的に排出することで、この外筒形成工程を兼ねる流路形成工程において外筒１３とともに流路１４を形成するようにしている。
【００４４】
したがって、ワックスＷを溶融させて排出させる流路形成工程を独立して設ける必要がなくなって、施工時間のより一層の短縮が図られることとなる。加えて、内筒１１の溝１４ａに充填されているワックスＷを完全に排除することができるので、必要な流路１４の断面積を確保し得ることとなる。
【００４５】
さらにまた、溝１４ａに施工用冷却流体を強制的に流すようにしているので、内筒１１及びめっき層１２にレーザ粉体肉盛加工による過大な熱負荷が加わらないようにするための温度管理がし易くなる。
【００４６】
一方、この実施例に係る燃焼室１では、周壁１０を構成する外筒１３がレーザ粉体肉盛加工により形成されているので、例えば、Cuめっき層上にさらにNiめっき層を形成していた従来の製造方法と比較して、製造に要する時間の短縮が図られることとなる。
【００４７】
また、この実施例に係る燃焼室１のように、外筒１３に軽量のインコネルを選定して使用し得るので、外筒１３として使用する金属が電鋳可能な金属に限定されていた従来のロケット用再生冷却燃焼室と比較して、選択肢が多くなる分だけ施工コストの低減及び軽量化が図られることとなる。
【００４８】
加えて、周壁１０を構成する内筒１１，Cuめっき層１２及び外筒１３には、それぞれの強度を高める共通の熱処理が施されているので、製造に要する時間のより一層の短縮が図られることとなる。
【００４９】
本発明に係るロケット用再生冷却燃焼室の製造方法及びロケット用再生冷却燃焼室の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、ワックスＷを溶融させて排出させる流路形成工程を別途設けたりしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１      燃焼室（ロケット用再生冷却燃焼室）
１０    燃焼室の周壁
１１    内筒（円筒体）
１２    Cuめっき層
１３    外筒
１４    流路
１４ａ  溝
Ｗ      ワックス（中子）
【図１】
0006528098.tif 000002
【図２】
0006528098.tif 000003
【図３】
0006528098.tif 000004
【図４】
0006528098.tif 000005
【図５】
0006528098.tif 000006
【図６】
0006528098.tif 000007
【図７】
0006528098.tif 000008