(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットモーターの固体推進薬グレインを製造するマンドレル組立体（１）であって、
ロケットモーターケース（２）の後端部側の開口（３９）に取外し可能に接続することができるベースマンドレル（３）であって、前記ロケットモーターの前記推進薬グレインにおける後端部側のカウンターボア（５８）を形成することができるベースマンドレル（３）と、
前記ベースマンドレル（３）に取外し可能に接続することができるコアマンドレル（４）であって、前記推進薬グレインにおける縦軸方向キャビティを形成することができるコアマンドレル（４）と、
前記ベースマンドレル（３）に取外し可能に接続することができる複数のフィン成形型（５）であって、該複数のフィン成形型（５）は、前傾した前縁部及び前傾した後縁部を有し、前記ロケットモーターの前記固体推進薬グレインにおける、前記軸方向キャビティの周りで円形パターンになっている複数の前傾した縦方向中空フィンを形成する、複数のフィン成形型（５）と、
を備える、マンドレル組立体。
【請求項２】
前記ベースマンドレル（３）は、該ベースマンドレル（３）の外周部に円形パターンにして配置される複数のガイド（８）を含むポート部（７）を有して構成される、中空の軸対称な構造体である、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項３】
前記複数のフィン成形型（５）は、該複数のフィン成形型（５）を前記ベースマンドレル（３）に径方向に固定するために複数のガイド（８）と係合するように構成されている複数のスロット（２２）を有する、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項４】
前記複数のフィン成形型（５）は、前記ベースマンドレル（３）内からアクセス可能な１つ以上の締結具によって前記ベースマンドレル（３）に締結される、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項５】
前記複数のフィン成形型（５）及び前記ベースマンドレル（３）は、該複数のフィン成形型（５）と該ベースマンドレル（３）との間をガスケットによって気密シールするための、横断平面における平坦面を有する、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項６】
前記ベースマンドレル（３）には、該ベースマンドレル（３）を前記ロケットモーターケース（２）の前記後端部側の開口（３９）に取り付けるためのベースマンドレルフランジ（１３）が設けられる、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項７】
前記ベースマンドレル（３）には、前記複数のフィン成形型（５）を前記ベースマンドレル（３）とともに気密シールするための、平坦面において複数のガイド（８）に隣接して配置される複数のタップ加工された穴（２３）が設けられる、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項８】
前記ベースマンドレル（３）には、該ベースマンドレル（３）と前記コアマンドレル（４）との間のシールを可能にするための、該ベースマンドレル（３）の前方端部のリムに配置される環状シール（１７）が設けられる、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項９】
前記環状シール（１７）は、前記コアマンドレル（４）が前記ベースマンドレル（３）に挿入されたとき、前記コアマンドレル（４）と前記ベースマンドレル（３）との間をシールするように、撓んで前記コアマンドレル（４）の外面に適合する、請求項８に記載のマンドレル組立体。
【請求項１０】
前記コアマンドレルには、前記ベースマンドレル（３）のポート部（１９）とともに気密シールする軸シールガスケットが設けられる、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項１１】
前記ベースマンドレル（３）は、前記コアマンドレル（４）を前記ベースマンドレル（３）に締結するための１つ以上のタップ加工された非貫通穴（１６）を含む、カウンターボア部を有して構成される、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項１２】
前記複数のフィン成形型（５）には、該フィン成形型の厚さに基づいて丸みが付けられた外縁部が設けられ、前記複数のフィン成形型（５）は、前記ベースマンドレル（３）の外側嵌合部に適合する輪郭加工された内面を有して構成される、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項１３】
前記複数のフィン成形型（５）の前記前縁部及び前記後縁部は、前記前縁部の鋭角と前記後縁部の鋭角との差がこの順序でゼロよりも大きくなるように、前記ロケットモーターの軸と所定の鋭角をなす、請求項１に記載のマンドレル組立体。
【請求項１４】
請求項１に記載のマンドレル組立体を用いてロケットモーターの固体推進薬グレインを製造する方法であって、
前記マンドレル組立体を前記ロケットモーターのケース内に構成することであって、
複数のフィン成形型（５）を前記ロケットモーターの前記ケース内にもたらす動作と、
ベースマンドレル（３）を前記ロケットモーターの前記ケースの後端部側の開口に組み付ける動作と、
前記複数のフィン成形型（５）は、前傾した前縁部及び前傾した後縁部を有し、前記ロケットモーターの前記固体推進薬グレインにおける、モーター軸の周りで円形パターンになっている複数の前傾した縦方向中空フィン成形型を形成し、前記複数のフィン成形型（５）を前記ベースマンドレル（３）に接続する動作と、
コアマンドレル（４）を、前記ベースマンドレル（３）に挿入することによって該ベ
ースマンドレルに接続する動作と、
を含むことと、
推進薬スラリーを、前端部側の開口におけるホッパー（４４）を通して、マンドレルが組み付けられた前記ケース内部に流し込むことと、
硬化したら、続いて、前記ロケットモーターから前記マンドレル組立体を中子抜きすることと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記マンドレル組立体を中子抜きすることは、前記コアマンドレル（４）、前記ベースマンドレル（３）及び前記複数のフィン成形型（５）をこの順序で、フィン成形型（５）は１つずつ、前記成形された推進薬グレインから中子抜きすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のフィン成形型（５）は、該複数の前記フィン成形型（５）と質量の釣り合いをとるフィン中子抜き工具（４９）との組立体の重心が持上げ点の真下にあることを確実にするように、該質量の釣り合いをとる工具（４９）を用いて、前記成形された固体推進薬グレインから除去される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のフィン成形型（５）を前記ベースマンドレル（３）に接続したら、好適な不活性材料を用いて、ベースマンドレル（３）と前記複数のフィン成形型（５）との間の全てのシャープな内角隅境界部を隅付けするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主に、固体ロケットモーターに関し、より詳細には、固体ロケットモーターの推進薬グレインを製造する分解可能な（ｄｉｓｍａｎｔｌｅａｂｌｅ）マンドレル組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能の固体ロケットモーターは、推進薬グレインの高い「体積充填率（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｌｏａｄｉｎｇ  ｆｒａｃｔｉｏｎｓ）」と、推進薬のエネルギーレベルの増大とは別の「推力プロファイルの調整」の融通性と、より軽量かつより頑丈な構造体とを必要とする。従来のシングルピースの注型用マンドレルは、大型の一体型固体ロケットモーターにおけるグレイン設計の融通性を制限する。なぜなら、シングルピースマンドレルを用いて成形される推進薬グレインのキャビティの主要な横寸法は、一体型ケースの開口よりも大きくすることができないからである。したがって、グレインのウェブがロケットモーターケースの開口の直径を越えて燃焼するため、必要な場合に燃焼表面領域の増大を避けることが困難になる。こうして、典型的な一体型ケースにおけるシングルピースマンドレルは、全体的な推進システムの設計及び性能効率を低下させる。推進薬の機械加工は、グレインのキャビティをケースの開口よりも大きく形成する１つの方法である。しかしながら、機械加工プロセスは時間がかかり、かつ危険である。したがって、推進薬スラリーをモーターケースの内側において分解可能なマンドレルの周りに流し込み、推進薬スラリーを最終グレイン形状に硬化させ、その後、マンドレルをロケットモーターから取り外すこと（中子抜き（ｄｅｃｏｒｉｎｇ））が、安全かつ迅速である。
【０００３】
特許文献１（Ｍｉｌｌｅｎｉら）に開示されている、固体推進薬ケース内に推進薬を分配する従来のマンドレル組立体は、横方向においてケースの開口よりも大きい剛性の分解プラグ（ｓｔｒｉｐ−ｄｏｗｎ  ｐｌｕｇ）を備える。このプラグは、フィン成形型と管状の位置決め体とを続けて挿入した後、管状の位置決め体に部分的に収容された油圧装置又は機械装置によってフィン成形型を解除可能に係止することにより、ケース内部に組み付けられる。しかしながら、重要な接合部を伴う多数の構成部品が存在するため、推進薬スラリーが隙間内に漏れるか又は侵入する可能性が高くなる。したがって、硬化した推進薬グレインからのマンドレル組立体の除去（中子抜き）のプロセスは、より危険になる。
【０００４】
特許文献２（Ｔｉｌａｃら）に開示されている、別の従来の分解可能なメカニカルコア及びこのメカニカルコアを実施する方法は、中央マンドレルに取り付けられるカウンターフォーム（ｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｍ：雄型）を備える分解可能なメカニカルコアを含む。カウンターフォームの構成部品は、ロッド固定装置によって中央マンドレルに取り付けられる。取外しプロセスにおいて、アンカーロッドが中央マンドレルから取り除かれ、次に、中央マンドレルが引き抜かれて、各カウンターフォーム構成部品が分離される。構成部品の数が多いため、硬化した推進薬グレインからのマンドレル組立体の除去（中子抜き）のプロセスは、より危険になる。さらに、従来の注型技術は、推進薬グレインの最終形状を得るために、硬化した推進薬グレインの機械加工、特にカウンターボア（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｂｏｒｅ：座ぐり）の機械加工を伴う。しかしながら、機械加工プロセスは危険であり、爆発のリスクを伴う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５２２７１１号
【特許文献２】米国特許第５，７１４，０８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、部品及び接合部の数が少なく簡易である新たなマンドレル組立体と、深溝キャビティを有する推進薬グレインを製造するのにより安全な、上述の困難又は課題を克服するマンドレル組立体を使用する技術とが必要とされている。したがって、当業者であれば、本開示が多くの利点をもたらし、上記の制限及び他の制限の全てを克服することを理解するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来技術の欠点は本開示によって克服され、また、更なる利点が本開示によってもたらされる。更なる特徴及び利点が、本開示の技術によって実現される。本開示の他の実施形態及び態様は、本明細書に詳細に記載されており、特許請求される本開示の一部とみなされる。
【０００８】
したがって、本開示は、ロケットモーターの固体推進薬グレインを製造するマンドレル組立体に関する。この組立体は、ベースマンドレルと、コアマンドレルと、複数のフィン成形型とを備える。ベースマンドレルは、ロケットモーターケースの後端部側の開口に取外し可能に接続することができ、ロケットモーターの推進薬グレインにおける後端部側のカウンターボアを形成することができる。コアマンドレルは、ベースマンドレルに取外し可能に接続することができ、推進薬グレインにおける縦軸方向キャビティを形成することができる。複数のフィン成形型は、ベースマンドレルに取外し可能に接続することができる。複数のフィン成形型は、前傾した前縁部及び前傾した後縁部を有し、ロケットモーターの固体推進薬グレインにおける、軸方向キャビティの周りで円形パターンになっている複数の前傾した縦方向中空フィン成形型を形成する。
【０００９】
さらに、本開示は、マンドレル組立体をロケットモーターのケース内部に構成することにより、マンドレル組立体を用いてロケットモーターの固体推進薬グレインを製造する方法に関する。マンドレル組立体は、複数のフィン成形型と、続いてベースマンドレルとをロケットモーターのケース内にもたらすとともに、複数のフィン成形型をベースマンドレルに手動で接続することによって、ロケットモーターケース内に構成される。さらに、推進薬グレインにおける縦軸方向キャビティを形成するように構成されているコアマンドレルが、ベースマンドレルに挿入される。マンドレル組立体を適切なシールとともにケース内部に組み付けたら、推進薬スラリーが、ケースの前端部側の開口においてホッパーを通してケースの内部に流し込まれる。推進薬スラリーが硬化したら、マンドレル組立体は分解され、ロケットモーターから引き抜かれる。
【００１０】
上述の概要は、単に例示であり、いかなる限定も意図していない。上述の例示的な態様、実施形態及び特徴に加えて、図面及び以下の詳細な説明を参照すれば、更なる態様、実施形態及び特徴が明らかとなるであろう。
【００１１】
本開示の特徴は、添付の図面と併せて、以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかとなるであろう。これらの図面は、本開示に係る複数の実施形態のみを示していることを理解することにより、これらの図面は、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされない。本開示は、添付の図面を用いて、更なる専門性及び詳細（ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ  ａｎｄ  ｄｅｔａｉｌ）が記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係るマンドレル組立体の全ての構成部品を示す、ロケットモーターケースの切欠き図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るベースマンドレル組立体の等角図である。
【図２ａ】本開示の一実施形態に係るベースマンドレル組立体の断面図である。
【図２ｂ】本開示の一実施形態に係る、図２ａに示すベースマンドレル組立体の特徴部の拡大図である。
【図２ｃ】本開示の一実施形態に係る、図２ａに示すベースマンドレル組立体の特徴部の拡大図である。
【図２ｄ】本開示の一実施形態に係る、図２ａに示すベースマンドレル組立体の特徴部の拡大図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る、図１のマンドレル組立体のフィン成形型の斜視図である。
【図３ａ】本開示の一実施形態に係る図３のフィン成形型の正面図である。
【図３ｂ】本開示の一実施形態に係る図３のフィン成形型の側面図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る図１のマンドレル組立体のコアマンドレルの斜視図である。
【図４ａ】本開示の一実施形態に係る図１のマンドレル組立体のコアマンドレルの断面図である。
【図４ｂ】本開示の一実施形態に係る、図４ａに示すコアマンドレルのガスケット溝の拡大断面図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る、フィン成形型が周りに重ねて取り付けられている図１のマンドレル組立体のベースマンドレルの斜視図である。
【図５ａ】本開示の一実施形態に係る、図５に示すベースマンドレルの変形していない環状シールの詳細な断面図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る、コアマンドレルを備えるマンドレル組立体を示す図である。
【図６ａ】本開示の一実施形態に係る、図６に示すベースマンドレルの変形した環状シールの詳細な断面図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る、モーターケース内部に重ねて取り付けられているか又は吊り下げられているフィン成形型を示す、ベースマンドレル組立体が組立て台座に載った状態のロケットモーターケースの切欠き図である。
【図８】本開示の一実施形態に係る、フィン成形型が組み付けられ、スパイダーホッパー組立体がロケットモーターケースの前端部側の開口に取り付けられている状態の、ロケットモーターケースの切欠き図である。
【図９】本開示の一実施形態に係る、推進薬スラリーで充填された、マンドレル組立体を伴うロケットモーターケースの断面図である。
【図９ａ】本開示の一実施形態に係る、図９に示すロケットモーターケースにおけるベースマンドレルと後端部側の開口との間の接合シール部の詳細な断面図である。
【図１０】本開示の一実施形態に係る、硬化した推進薬グレインを備えるロケットモーターからマンドレル組立体を取り外すステップを示す図である。
【図１１】本開示の一実施形態に係る、硬化した推進薬グレインを備えるロケットモーターからマンドレル組立体を取り外すステップを示す図である。
【図１２】本開示の一実施形態に係る、フィン取外し工具を用いたフィン成形型の取外し中のロケットモーターケースの例示的な図である。
【図１３】本開示の一実施形態に係るフィン取外し工具の分解斜視図である。
【図１４】本開示の一実施形態に係る、マンドレルを取り外した後の、ロケットモーターケースに形成される例示的な前傾型の深溝フィノシル型推進薬グレインを示す図である。
【図１４ａ】本開示の一実施形態に係る深溝フィンを有するモーターの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図は、単に例示の目的で、本開示の実施形態を示すものである。当業者であれば、以下の説明から、本明細書に記載される本開示の原理から逸脱することなく、本明細書に示す構造及び方法の代替的な実施形態を用いることができることを容易に認識するであろう。
【００１４】
本発明は、様々な変更及び代替形態が可能であるが、本発明の特定の実施形態を、例として図面に示し、以下で詳細に記載する。しかしながら、本発明を開示される特定の形態に限定することは意図しておらず、反対に、本発明は、本発明の範囲内にある全ての変更形態、均等物及び代替物を包含することが理解されるべきである。
【００１５】
「含む、有する、備える（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，  “ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」という用語又はそのあらゆる他の変化形は、構成要素又はステップのリストを含む構成、装置又は方法が、これらの構成要素又はステップのみを含むのではなく、明確にリストされていない又はそのような構成若しくは装置若しくは方法に固有でない他の構成要素又はステップを含むことができるように、排他的でない包括を包含するように意図されている。換言すれば、「を含む、を有する、を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ．．．ａ）」に係るシステム又は装置の１つ以上の要素は、より多くの制限を受けることなく、システム又は装置における他の要素又は追加の要素の存在を排除しない。
【００１６】
本発明の実施形態の以下の詳細な説明において、本明細書の一部をなす添付の図面が参照される。添付の図面には、本発明を実施することができる特定の実施形態が例示として示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするよう十分詳細に記載されているが、他の実施形態を用いることができること、また、本発明の範囲から逸脱することなく改変を行うことができることが理解される。したがって、以下の説明は、限定としてみなされるべきではない。本明細書に包括的に記載されるとともに図面に示されている本開示の態様は、多種多様な異なる構成にして配置、置換、組合せ及び設計することができ、これらの全ては、明確に企図されており、本開示の一部をなすことが容易に理解される。
【００１７】
本開示は、マンドレル組立体と、このマンドレル組立体を用いて一体型のケースボンディングされる固体推進薬ロケットモーターグレインを製造する方法とに関する。マンドレル組立体は、ベースマンドレルと、ベースマンドレルに挿入可能なコアマンドレルと、ベースマンドレルに取付け可能な複数のフィン成形型とを備える。マンドレル構成部品のそれぞれは、流し込まれて硬化された推進薬グレインの中に望ましいキャビティを形成するのに役立つ。マンドレル構成部品は、金属性材料又は複合材料で製造することができ、複合材料は、より軽量で扱いやすい。マンドレル構成部品は、モーターケースに堅固に締結されるので、従来の注型技術におけるマンドレルの浮力に関連する問題は、ここでは生じない。ベースマンドレルは、ロケットモーターの後端部におけるカウンターボアを形成する。コアマンドレルは、グレインを貫く縦軸方向キャビティを形成する。複数のフィン成形型は、軸方向キャビティの周りで円形パターンになっている、前傾した前縁部及び後縁部を有する縦方向キャビティを形成する。マンドレル組立体は、まず、フィン成形型を内部に挿入し、次に、ベースマンドレルをケースの後端部側の開口に取り付け、複数のフィン成形型をベースマンドレルに取り付け、最後に、コアマンドレルをベースマンドレルに挿入することによって、ロケットモーターのケース内部に組み付けられる。注型プロセスにおいて、推進薬スラリーは、ケースの前端部側の開口においてホッパーを通してケースに注入される。推進薬グレインの流し込み及び硬化が完了したら、マンドレル組立体は、特定のシーケンスにおいてモーターから安全に除去される。開示されるマンドレル組立体においては、構成部品、接合部及びシール部の数が最小限に抑えられているので、マンドレル組立体の中子抜きは、摩擦が最小限であることを保証し、したがって爆発の危険を最小限に抑える。また、開示されるマンドレル組立体を用いた推進薬グレインの注型技術は
、さもなければ硬化及び中子抜きの後に必要とされる機械加工の必要性を回避するか又は最小限に抑える。
【００１８】
図１は、前端部側の開口及び後端部側の開口を有するロケットモーターケース（以下、「ケース」と呼ぶ）２を備える、マンドレル組立体を伴う固体ロケットモーターケース１を示している。ケース２は、当該技術分野において既知の絶縁材料を用いて内側が絶縁処理されているケースである。マンドレル組立体は、ロケットモーターに推進薬グレインを流し込む前に、ケース２内部に組み付けられる。マンドレル組立体の全ての露出表面は、推進薬がマンドレルに付着しないように、Ｔｅｆｌｏｎ又は同様の非接着性材料で被覆される。
【００１９】
１つの実施形態において、マンドレル組立体は、少なくとも、ベースマンドレル３と、コアマンドレル４と、ベースマンドレル３に取り付けられる複数のフィン成形型５とを備える。ベースマンドレル３は、ロケットモーターの推進薬グレインにおけるカウンターボアを形成するように構成される。図２に示すように、ベースマンドレル３は、ポート部７の下のカウンターボア部６を含む、中空の軸対称な構造体である。ポート部７は、複数のフィン成形型５をベースマンドレル３に径方向に固定するために、複数のガイド８がベースマンドレル３の外周部に円形パターンで配置された状態で構成される。１つの実施形態において、複数のガイド８は、ダブテール直線運動（ＬＭ）ガイドである。
【００２０】
ベースマンドレル３の外面は、推進薬グレインにおける後端部のカウンターボアの所要の輪郭を形成するように構成される。図２ａに示すように、ベースマンドレル３は、１つ以上の寸法９、１０、１１及び１２で構成される。ベースマンドレル３の寸法１２は、ケース２の後端部側の開口の直径に対応する。１つの実施形態において、寸法１２は、ケース２の外径のおおよそ５０％〜６０％とすることができる。寸法９は、推進薬グレインの中央ポートの直径よりも僅かに大きいものとすることができる。ケース２の寸法及び推進薬グレインの中央ポートの寸法に基づき、ベースマンドレル３の寸法９は、マンドレル組立体の取付工の手又は取付工自身が、ベースマンドレル３の中空内部を通って進入することを可能にする。さらに、ベースマンドレル３の寸法１１は、推進薬グレインのカウンターボアの深さに対応する。さらに、ベースマンドレル３の寸法１０、すなわち全高は、複数のフィン成形型５のおおよその根元長さに対応する。
【００２１】
図２に示すように、ベースマンドレル３の後端部は、ベースマンドレル３をケース２の後端部側の開口に取り付けるためのベースマンドレルフランジ１３を有して構成される。ベースマンドレルフランジ１３は、ベースマンドレルをケースの後端部側の開口とともに気密シールするためのガスケット溝１４（図２ｄに示す）を有する。さらに、ベースマンドレル３のカウンターボア部６の平坦面には、複数のガイド８の下方でマンドレル軸（図２、図２ａ及び図２ｃに示す）を中心にして円形パターンになっている貫通穴の周りに、接合部を気密シールするとともに複数のフィン成形型５をベースマンドレル３に締結するためのガスケット溝１５が設けられる。さらに、カウンターボア部６の内面は、コアマンドレル４をベースマンドレル３に締結するための複数のタップ加工された非貫通穴１６を有して構成される。
【００２２】
ベースマンドレル３の前端部のリムには、ベースマンドレル３とコアマンドレル４との間をシールするための環状シール１７が設けられる。環状シール１７は、マンドレル組立体に形成される隙間を排除するとともに、推進薬スラリーがマンドレル組立体の境界部に侵入する可能性を防止するために設けられる。図２ｂに示すように、環状シール１７は、コアマンドレル４がベースマンドレル３に挿入されたとき、コアマンドレル４とベースマンドレル３との間をシールするように、撓んでコアマンドレル４の外面に適合する。１つの例において、環状シール１７は、複数の丸頭ねじ１８によってベースマンドレル３に締
結される。さらに、ベースマンドレル３の円筒部には、ベースマンドレル３とコアマンドレル４との間を気密シールするための、入り口面取り部を有する研磨された内側嵌合面（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｍａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）１９が設けられ、コアマンドレル４の外側嵌合面（ｍａｔｉｎｇ  ｏｕｔｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）には、軸シールが設けられる。
【００２３】
図３は、本開示の一実施形態に係る図１のマンドレル組立体のフィン成形型の斜視図を示している。
【００２４】
マンドレル組立体は、ベースマンドレル３に取り付けられる複数のフィン成形型５を備える。複数のフィン成形型５は、マンドレル軸の周りで円形パターンにしてベースマンドレル３に取外し可能に接続することができ、複数のフィン成形型５は、前傾した前縁部２０及び前傾した後縁部２１を有し、ロケットモーター１の固体推進薬グレインにおける複数の前傾した縦方向中空フィンを形成する。複数のフィン成形型５は、ベースマンドレル３内からアクセス可能な１つ以上の締結具によって、ベースマンドレル３に締結される。複数のフィン成形型５は、複数のフィン成形型５をベースマンドレル３に径方向に固定するためにベースマンドレル３の複数のガイド８に係合する複数のスロット２２を有する。１つの例において、複数のスロット２２は、直線運動スロットとすることができる。複数のフィン成形型５は、複数のスロット２２の下方の平坦面に、ベースマンドレル３と複数のフィン成形型５との間の接合部を縦方向にボルト留めするとともに気密シールする（１５）ための１つ以上のタップ加工された穴２３を更に有する。１つの例において、タップ加工された穴２３の数は、ガイド８の数と等しいか又はその倍数とすることができる。
【００２５】
また、複数のフィン成形型５は、ベースマンドレル３の外側嵌合輪郭に適合する、輪郭加工された内面２４を有して構成される。複数のフィン成形型５及びベースマンドレル３は、複数のフィン成形型５とベースマンドレル３との間をガスケットによって気密シールするための、横断平面における平坦面を有する。複数のフィン成形型５は、厚さ等の所要の寸法を有する輪郭加工された外縁部２５を有して更に構成される。１つの実施形態において、複数のフィン成形型５の寸法は、図３ａ及び図３ｂに示すように、長さ２６、厚さ２７及び幅２８を含む。複数のフィン成形型５の前縁部２０及び後縁部２１がモーター軸となす角度寸法は、鋭角とすることができる。さらに、別の実施形態において、モーター軸と前縁部２０との間の角度寸法２９は、モーター軸と後縁部２１との間の角度寸法３０よりも大きい。これにより、中子抜きにおいて、干渉のない引抜きが可能になる。ベースマンドレル３軸の周りで円形パターンになっている複数のフィン成形型５の長さ２６、厚さ２７及び幅２８は、縦方向及び径方向に沿って変化することができる。
【００２６】
図４及び図４ａは、それぞれ、本開示の一実施形態に係る図１のマンドレル組立体のコアマンドレルの斜視図及び断面図を示している。
【００２７】
１つの実施形態において、マンドレル組立体のコアマンドレル４は、全体として、変化する外径及びテーパーを有する中空の円筒体である。コアマンドレル４は、その後端部において、ベースマンドレル３に取外し可能に接続することができ、ロケットモーター１の推進薬グレインにおける縦軸方向キャビティを形成するように構成される。図４に示すように、コアマンドレル４は、その後端部に、ベースマンドレル３とのボルト接合部１６のためのコアマンドレルフランジ３１を備える。コアマンドレル４は、組み付けられたときにコアマンドレル４とベースマンドレル３との間を気密シールするように軸シールが配置されるガスケット溝３２を更に有する。１つの例において、ガスケットは、Ｏリングとすることができる。コアマンドレル４のガスケット溝３２の詳細な断面図が、図４ｂに示されている。
【００２８】
図４ａに示すように、コアマンドレル４は、細長い前端ヘッド部３３及び太い本体部３４を有して構成される、縦方向に軸対称な中空の構造体である。細長い前端ヘッド部の形状は、外側に向かって円筒状又はテーパー状になっており、注型プロセスにおいて局所蓄積を生じることなく推進薬スラリーの滑らかな流れを可能にするように、円錐部又は尖頭部によって開始（３５）及び終端（３６）する。モーターケース内に組み付けられたとき、コアマンドレルの細長い前端ヘッド部３３は、ケース２の前端部側の開口内に位置する。前端ヘッド部３３の直径がより小さくなっていることで、所要の推進薬スラリー充填速度を可能にするためにマンドレル組立体とケース２の前端部側の開口との間に必要とされる環状のギャップが提供される。コアマンドレル４の太い本体部３４は、容易な中子抜きを支援するテーパーを有する、硬化した推進薬グレインの縦軸方向キャビティを形成するように構成されたテーパー付きの円筒体である。
【００２９】
図５及び図６に示すように、マンドレル組立体は、ケース２の外部において骨組台座３７上で仮組立てされる。ベースマンドレル３は、ベースマンドレルフランジ１３を用いて骨組台座３７に締結される。ベースマンドレル３の中空内部領域は、骨組台座３７の側部を通してアクセスされる。ベースマンドレル３を締結したら、複数のフィン成形型５は、図７に示すように、組み付けられるフィン成形型５とベースマンドレル３との間の良好な取付け状態を確実にするために複数のガイド８及びガスケット付きのねじ穴１５を用いて、ベースマンドレル３の周りに組み付けられる。
【００３０】
次に、環状シール１７が、図５ａに示すように、締結具１８を用いてベースマンドレル３の前端部又はリムに取り付けられる。コアマンドレル４をベースマンドレル３に挿入すると、環状シール１７の内側部分は、図６ａに示すように、上方に撓んで相手側のコアマンドレル４の外面に適合し、コアマンドレル４とベースマンドレル３との間をシールする。さらに、コアマンドレル４に設けられる軸シールガスケット３８は、ベースマンドレル３の内面１９に押し付けられて、補助的な気密シールをもたらす。コアマンドレル４及びベースマンドレル３が組み付けられたマンドレル組立体が、図６に示されている。
【００３１】
モーターケース内部でのマンドレル構成部品の組立てシーケンスは、図７、図８及び図１に示されている。ケース２は、適切な工具によって、前端部側のバルクヘッド部４０及び後端部側のバルクヘッド部４１を用いて安全に操作される。図７に示すように、まず、複数のフィン成形型５は、ケース２のより大きい後端部側の開口３９を通してケース２の内部に挿入される。複数のフィン成形型５は、ケース２の内部に重ねて取り付けられるか、又はケース２の前端部側の開口４２から吊り下げられる。ベースマンドレル３は、骨組台座３７上に取り付けられ、その後、フィン成形型を伴うケースは、ベースマンドレル上に下降される。ベースマンドレルフランジ１３とモーターケースとの間の接合部は、ガスケットによって気密シールされる。次に、複数のフィン成形型５は、ロボットによって又は手動でベースマンドレル３に組み付けられる。１つの実施形態において、次に、取付工は、ベースマンドレル３の下方からケース２に入り、複数のフィン成形型５をベースマンドレル３に組み付ける。全てのフィン成形型５は、１つずつベースマンドレルのＬＭガイド上に案内され、境界部におけるギャップを最小限にした状態で、ガスケット付きのねじ穴１５において下方からボルト留めされる。次に、図８に示すように、スパイダー４３及びホッパー４４が、ケース２の前端部側の開口４０上に組み付けられる。複数のフィン成形型５をベースマンドレル３に接続したら、ベースマンドレル３とフィン成形型５との間の全ての内包鋭角隅（ｉｎｃｌｕｄｅｄ−ｓｈａｒｐ−ｃｏｒｎｅｒ）境界部の面取り（ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）が、好適な不活性材料を用いて行われる。
【００３２】
組立体全体は、この時点で持ち上げられ、図１に示すように、縦方向に取り付けられるコアマンドレル４を覆うように下降される。コアマンドレル４が完全にケース２内に入ると、環状シール１７及びガスケット３８は、それぞれ、コアマンドレル４とベースマンド
レル３との間の隙間のない接合部及び気密シールをもたらす。コアマンドレル４は、その前端部３３において、スパイダー４３によって支持されるとともに、スパイダー４３を用いて位置決めされる。コアマンドレル４は、その後端部のフランジ３１において、ベースマンドレル３のタップ加工された非貫通穴１６によってベースマンドレル３に締結される。図９ａは、ベースマンドレルとケースの後端部側の開口との間の境界部を示している。１対のガスケット４７、４８は、接合部を気密シールするために用いられる。組立て台座３７は、ベースマンドレル３及び内側が絶縁処理されているケース２を載せるために使用される。しかしながら、ベースマンドレル３は、骨組台座に選択的にしかボルト留めされない。すなわち、「ベースマンドレル−ケース」接合部において円形パターンになっているボルトの中でも、少数の等間隔を置いた細長ボルトのみが、台座への締結のために使用される。
【００３３】
マンドレル組立体がケース２内で完全に組み付けられ、ケースの前端部側の開口に適切な閉鎖体を用いて良好なリークチェックが行われた後、推進薬スラリー４６が、ケース２の前端部側の開口４１に配置されたホッパー４５を通してケース２に注入される。スパイダー４３は、ホッパー４４とマンドレル組立体との間に、ケース２内部に入る推進薬スラリー４６の流量を調節するための環状のギャップをもたらす。推進薬スラリー４６が充填された後、ケース２の構成全体は、所定の温度及び圧力条件下で所定の時間にわたって硬化され、十分に強固にされた推進薬グレインを得る。
【００３４】
取外しプロセスでのロケットモーター１の向きは、図１０に示されている。反転されたロケットモーター１は、その前端部側のバルクヘッド部４０によって静置され、径方向に安定化される。概して、推進薬が硬化するにつれて、推進薬は収縮してマンドレルから離れ、干渉のない中子抜きを可能にする。まず、コアマンドレル４が、ベースマンドレル３から取り外されて、図１０に示すように縦方向上方に引き抜かれる。次に、ベースマンドレル３が、全てのフィン成形型から取り外されて、図１１に示すように縦方向上方に除去される。その後、図１２に示すように、複数のフィン成形型５が、１つずつ除去される。複数のフィン成形型５は、フィン中子抜き工具４９を用いて除去される。
【００３５】
１つの例示的な実施形態において、フィン中子抜き工具４９は、図１２に示すように、フィン成形型５とフィン中子抜き工具４９との組立体の重心が持上げ点の真下に位置することを確実にする、質量の釣り合いをとる工具である。フィン中子抜き工具４９は、図１３に示すように、複数のフィン成形型５の除去中、常に推進薬グレインのカウンターボア（図１２）の外部に留まるカウンターマス（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｍａｓｓ）５１を提供するように構成されている長尺アーム５０を備える。フィン中子抜き工具４９は、複数のフィン成形型５を推進薬グレインから持ち上げるためのアイボルト５２を用いてフィン成形型５に締結される。フィン中子抜き工具４９は、取外しプロセスにおける不慮の離脱に対する更なる安全性をもたらすために、ガイド８に沿って配置されるボルト５３のような１対の追加の締結具を更に備えることができる。フィン中子抜き工具４９を用いて、フィン成形型５は、軸方向と径方向とに同時に引き抜かれる。
【００３６】
中子抜きの後の、ケース内部に形成されている前傾型の深溝フィノシル型推進薬グレインを備えるロケットモーターは、図１４に示されている。推進薬グレインは、ロケットモーター１の軸に沿って延びる縦軸方向キャビティ又は中央ポートを有する、ケースボンディングされる推進薬グレインである。また、推進薬グレインは、後端部の近くにおいて、中央ポートの基部の周りに形成される複数のフィンを有し、後端部において、ロケットモーター１の埋没ノズル（図示せず）を受容するカウンターボア５８を更に有する。図１４に示すように、縦軸方向キャビティ５５は、点火器（図示せず）を受容するための、前端部における減少した直径５６と、後端部側における、後端部のノズル（図示せず）に向かう高温の燃焼ガスの制限の少ない流れを確実にする増大した直径５７とを有する。別の実
施形態において、減少した直径５６の中央ポートは、推進薬グレインを局部的に機械加工することによって拡大することができる。成形された推進薬グレインは、また、前傾した前縁部６０と、周縁部がケース２の内部輪郭に平行に延びる径方向深溝キャビティとを有する複数の別個のフィン５９を備える。図１４ａに示すように、複数のフィン５９は、最小限のウェブ厚さ６１を有する。１つの実施形態において、複数のフィン状キャビティの径方向深さは、ケース２の後端部側の開口３９の半径よりも大きい。
【００３７】
本発明の利点
１つの実施形態において、本開示は、一体型固体ロケットモーターにおいて、ケースボンディングされる前傾型の深溝フィノシル型推進薬グレインを製造するマンドレル組立体に関する。分解可能なマンドレル組立体は、最小限の数の構成部品を有する。
【００３８】
マンドレル構成部品は、軽量の金属又は複合材料で製造することができ、マンドレル構成部品は、モーターケースに堅固に締結されるので、浮力に関連する問題の懸念がない。
【００３９】
接合部及び重要なシール部の数が低減されているとともに、手動での取付け及び境界隅付け部の検査が行われるので、推進薬スラリーの隙間への侵入、したがって中子抜きにおける爆発の危険性が最小限に抑えられる。
【００４０】
推進薬スラリーの充填は、モーターの前端部側の開口から行われ、後端部側のカウンターボアは、ベースマンドレルによって完全に形成されるので、硬化及び中子抜きの後に必要とされる、推進薬の機械加工が最小限で済むか、又はそのような機械加工を行わなくて済む。
【００４１】
上述の詳細な説明は、本発明の多数の可能な実施態様のうちの少数のみを記載している。本明細書において、本発明の特定の特徴にかなりの重点を置いているが、様々な変更を行うことができること、また、本発明の原理から逸脱することなく、上記の好ましい実施形態に多くの改変を行うことができることが理解される。本発明又は上記の好ましい実施形態の性質のこれらの変更又は他の変更は、本明細書における開示から当業者には明らかであろう。したがって、上述の説明事項は、限定ではなく、単に本発明の例示として解釈されることが明確に理解される。
【符号の説明】
【００４２】
１  マンドレル組立体を伴うロケットモーターケース
２  ケース
３  ベースマンドレル
４  コアマンドレル
５  フィン成形型
６  ベースマンドレルのカウンターボア部
７  ベースマンドレルのポート部
８  ガイド
９  ベースマンドレルの寸法
１０  ベースマンドレルの寸法
１１  ベースマンドレルの寸法
１２  ベースマンドレルの寸法
１３  ベースマンドレルフランジ
１４  ガスケット付きのフランジ
１５  ガスケット付きの貫通穴
１６  タップ加工された非貫通穴
１７  環状シール
１８  環状シール上の締結具
１９  ベースマンドレルの内側嵌合面
２０  前傾した前縁部
２１  前傾した後縁部
２２  スロット
２３  タップ加工された穴
２４  フィンの輪郭加工された内側嵌合面
２５  フィンの外縁部
２６  フィンの長さ
２７  フィンの厚さ
２８  フィンの幅
２９  モーター軸とフィン前縁部との間の角度寸法
３０  モーター軸とフィン後縁部との間の角度寸法
３１  コアマンドレルフランジ
３２  ガスケット溝
３３  コアマンドレルの細長いヘッド部
３４  コアマンドレルの本体部
３５  コアマンドレルの円錐部又は尖頭部
３６  コアマンドレルの円錐部又は尖頭部
３７  骨組台座
３８  ガスケット
３９  ケースの後端部側の開口
４０  前端部側のバルクヘッド部
４１  後端部側のバルクヘッド部
４２  ケースの前端部側の開口
４３  スパイダー
４４  ホッパー
４５  ケースの内部絶縁体
４６  推進薬スラリー
４７  ガスケット
４８  ガスケット
４９  フィン中子抜き工具
５０  フィン中子抜き工具の長尺アーム
５１  フィン中子抜き工具のカウンターマス
５２  アイボルト
５３  フィン中子抜き工具のための追加のボルト
５４  硬化した推進薬グレイン
５５  縦軸方向キャビティ
５６  直径が減少した中央ポートの部分
５７  直径が増大した中央ポートの部分
５８  硬化した推進薬グレインのカウンターボア
５９  フィンの前傾した前縁部
６０  フィンの深溝キャビティ
６１  最小限のフィンウェブ厚さ
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
0006623230.tif 000004
【図２ｂ】
0006623230.tif 000005
【図２ｃ】
0006623230.tif 000006
【図２ｄ】
0006623230.tif 000007
【図３】
0006623230.tif 000008
【図３ａ】
0006623230.tif 000009
【図３ｂ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４ａ】
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