(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機軸を中心にして放射状に配置され且つ固体推進薬を装填した複数の推進薬カートリッジと、機軸上に配置され且つ推進薬カートリッジから固体推進薬の燃焼ガスが流入するガス流通室と、ガス流通室から外部に燃焼ガスを噴射するロケットノズルを備え、
推進薬カートリッジが、円筒形状であると共に、ガス流通室が、機軸を中心とする円筒体であって、ガス流通室の外周面に、機軸に対して軸線を直交させた状態で各推進薬カートリッジを連結したことを特徴とする薄型ロケットモータ。
【請求項２】
ガス流通室に複数のロケットノズルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の薄型ロケットモータ。
【請求項３】
ロケットノズルが、ガス流通室の壁部に対して孔状に形成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄型ロケットモータ。
【請求項４】
ガス流通室に、機軸回りに回転駆動され且つ回転に伴って各推進薬カートリッジの燃焼ガス噴出口を選択的に開閉する回転体を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型ロケットモータ。
【請求項５】
回転体が、回転に伴って各ロケットノズルを選択的に開閉することを特徴とする請求項４に記載の薄型ロケットモータ。
【請求項６】
ガス流通室に対して同心状に配置され且つ各推進薬カートリッジを保持する環状構造体を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄型ロケットモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星や回収カプセル等の宇宙機の推進装置として用いられる薄型ロケットモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、人工衛星や回収カプセル等の宇宙機に搭載されるロケットモータとしては、固体推進薬を装填したモータケースにロケットノズルを備えたものが周知であり、そのモータケースには、球形のものや円筒部とドーム部から成るものが用いられている。このようなロケットモータは、人工衛星の軌道投入用又は回収カプセルの軌道離脱用として使用される。
【非特許文献１】日本航空宇宙学会『第２版  航空宇宙工学便覧』丸善株式会社、平成４年９月３０日、ｐ．１０３７，ｐ．１０５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、打上げロケットでは、そのペイロードの大きさや重量が厳しく制限されており、また、ペイロードの搭載空間をできるだけ有効に使用することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、従来のロケットモータは、モータケースとロケットノズルとから成る構造上、機軸方向に短縮することが困難であるため、とくに小型の人工衛星や回収カプセル等の宇宙機の推進装置として用いる場合に、宇宙機から大きく突出した状態となり、これによりペイロードの搭載空間に無駄なスペースが生じる場合があることから、搭載空間の有効利用を実現するうえでの改善が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、人工衛星や回収カプセル等の宇宙機の推進装置として用いられるロケットモータにおいて、機軸方向の短縮化を実現することができ、打上げロケットの搭載空間の有効利用に貢献することができる薄型ロケットモータ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】
【０００６】
本発明の薄型ロケットモータは、機軸を中心にして放射状に配置され且つ固体推進薬を装填した複数の推進薬カートリッジと、機軸上に配置され且つ推進薬カートリッジから固体推進薬の燃焼ガスが流入するガス流通室と、ガス流通室から外部に燃焼ガスを噴射するロケットノズルを備え、推進薬カートリッジが、円筒形状であると共に、ガス流通室が、機軸を中心とする円筒体であって、ガス流通室の外周面に、機軸に対して軸線を直交させた状態で各推進薬カートリッジを連結したことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の薄型ロケットモータは、より好ましい実施形態として、ガス流通室に複数のロケットノズルを備えたことを特徴とし、さらに、ロケットノズルが、ガス流通室の壁部に対して孔状に形成してあることを特徴とし、さらに、ガス流通室に、機軸回りに回転駆動され且つ回転に伴って各推進薬カートリッジの燃焼ガス噴出口を選択的に開閉する回転体を備えたことを特徴とし、さらに、回転体が、回転に伴って各ロケットノズルを選択的に開閉することを特徴とし、さらに、ガス流通室に対して同心状に配置され且つ各推進薬カートリッジを保持する環状構造体を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の薄型ロケットモータによれば、人工衛星や回収カプセル等の宇宙機の推進装置に用いるロケットモータにおいて、機軸方向の短縮化を実現することができ、これにより打上げロケットの搭載空間の有効利用に貢献することができ、また、機軸方向の短縮化に伴って慣性能率比や重心特性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の薄型ロケットモータによれば、複数のロケットノズルを採用したことから、個々のロケットノズルを小型化して、機軸方向のさらなる短縮化を実現することができる。
【００１０】
さらに、本発明の薄型ロケットモータによれば、ガス流通室の壁部に対して孔状に形成したロケットノズルを採用したことから、ロケットノズルが全く突出しない形態を得ることができ、機軸方向のさらなる短縮化を実現することができる。
【００１１】
さらに、本発明の薄型ロケットモータによれば、回転に伴って各推進薬カートリッジの燃焼ガス噴出口を選択的に開閉する回転体を採用したことから、各推進薬カートリッジを複数段階に分けて作動させることができると共に、種類や量が異なる固体推進薬を装填して選択的に使用することも可能となり、宇宙機の様々な運用に対処することができる。
【００１２】
さらに、本発明の薄型ロケットモータによれば、回転に伴って各ロケットノズルを選択的に開閉する回転体を採用したことから、上記の如く各推進薬カートリッジを複数段階に分けて作動させる際に、推力を変化させることができると共に、推力方向や開口比などの仕様が異なるロケットノズルを選択的に使用することも可能となり、宇宙機の様々な運用に対処することができる。
【００１３】
さらに、本発明の薄型ロケットモータによれば、ガス流通室に対して同心状に配置され且つ各推進薬カートリッジを保持する環状構造体を採用したことから、機械強度的に安定した構造を得ることができると共に、環状構造体を宇宙機や下段ロケットとの継手として用いることができ、宇宙機の総重量の軽減などを図ることができる。
【実施例】
【００１４】
以下、図１〜図３に基いて、本発明の薄型ロケットモータの一実施例を説明する。
【００１５】
図示の薄型ロケットモータＲは、機軸を中心にして放射状に配置され且つ固体推進薬１を装填した複数の推進薬カートリッジ２と、機軸上に配置され且つ推進薬カートリッジ２から固体推進薬１の燃焼ガスが流入するガス流通室３と、ガス流通室３から外部に燃焼ガスを噴射するロケットノズル４と、ガス流通室３に対して同心状に配置され且つ各推進薬カートリッジ２を保持する環状構造体５を備えている。
【００１６】
推進薬カートリッジ２は、両端が閉塞された円筒形状を成すと共に、内面燃焼型の固体推進薬１が装填してあり、放射状配置で外側となる先端側に、固体推進薬１に点火するためのイグナイタ６が設けてあると共に、放射中心側である基端側に、ガス流通室３側に開口した燃焼ガス噴出口７を備えている。この実施例では、８本の推進薬カートリッジ２を４５度間隔で放射状に配置している。
【００１７】
ガス流通室３は、機軸を中心とする円筒体であって、上部隔壁８及び下部隔壁９を備えると共に、下部隔壁９の室内面に耐熱板１０が重合固定してあり、外周に、図１〜図３に示す如く機軸に対して軸線を直交させた状態で各推進薬カートリッジ２の基端側が連結してあると共に、内部に後記する回転体１１が設けてある。
【００１８】
ロケットノズル４は、ガス流通室３の下部隔壁９及び耐熱板１０に対して孔状に形成してあって、この際、耐熱板１０にスロート部を形成すると共に、下部隔壁９にスカート部を形成しており、当該薄型ロケットモータＲから全く突出することのない形態になっている。そして、この実施例では、機軸回りに８個のロケットノズル４が４５度間隔で設けてある。
【００１９】
環状構造体５は、ガス流通室３と同心状に配置して、各推進薬カートリッジ２の先端部近傍を保持すると共に、ガス流通室３の上部隔壁８との間に６本のアーム１２が架設してあり、これにより、各推進薬カートリッジ２、ガス流通室３及び当該環状構造体５を互いに強固に連結している。
【００２０】
なお、環状構造体５には、周方向に一定間隔で１６個の開口部１３が形成してあって、一つおきの開口部１３に推進薬カートリッジ２が嵌合固定してあり、残りの開口部１３は当該環状構造体５の軽量化に貢献する。
【００２１】
回転体１１は、ガス流通室３内に同軸状に配置した有底円筒体であって、図１に示す如く推進薬カートリッジ２の間に配置したステップモータ１４と、図示しない動力伝達機構により回転駆動される。
【００２２】
この回転体１１は、円周壁１１Ａにガス流入口１５が設けてあり、これにより、回転に伴って各推進薬カートリッジ２の燃焼ガス噴出口７を選択的に開閉すると共に、低壁１１Ｂにガス流出口１６が設けてあり、これにより、回転に伴って各ロケットノズル４をも選択的に開閉するようになっている。
【００２３】
すなわち、この実施例の薄型ロケットモータＲは、全ての推進薬カートリッジ２を一斉に作動させるのではなく、例えば当該モータを推進装置とする宇宙機の姿勢調整、周期調整、軌道投入又は軌道離脱といった宇宙機の運用に応じて、各推進薬カートリッジ２を複数段階に分けて作動させるものとなっており、その運用に応じて回転体１１におけるガス流入口１５及びガス流出口１６の数や位置が設定してある。
【００２４】
このため、各推進薬カートリッジ２にあっても、固体推進薬１の種類や量を異なるものにして、これらを選択的に使用することができる。また、複数のロケットノズル４にあっても、基本的には機軸方向に推力を発生させるものとするが、推力方向や開口比が異なるものを設けて、これらを選択的に使用することができる。
【００２５】
上記構成を備えた薄型ロケットモータＲは、放射状に配置した複数の推進薬カートリッジ２、ガス流通室３及びロケットノズル４を採用したことから、例えば球形のモータケースとロケットノズルを備えた従来のロケットモータに比べて、機軸方向に大幅に短縮されたものとなっており、しかも、ロケットノズル４を小型化して複数配置すると共に、これらのロケットノズル４をガス流通室３の下部隔壁９に孔状に形成しているので、機軸方向により一層短縮化されたものとなっている。
【００２６】
したがって、薄型ロケットモータＲは、人工衛星や回収カプセル等の宇宙機の推進装置に用いた場合に、打上げロケットの搭載空間を有効利用することができ、また、機軸方向の短縮化に伴って慣性能率比や重心特性を高めることが可能となる。
【００２７】
さらに、薄型ロケットモータＲは、環状構造体５を採用したことにより、機械強度的に安定した構造であるうえに、この環状構造体５を宇宙機や下段ロケットとの継手として用いることができ、これにより宇宙機の総重量の軽減などを図ることができる。
【００２８】
そして、薄型ロケットモータＲは、作動時には、回転体１１を回転させて、選択した推進薬カートリッジ２のガス噴出口７と回転体１１のガス流入口１５とを一致させると同時に、回転体１１のガス流出口１６とロケットノズル４とを一致させ、その後、選択した推進薬カートリッジ２の固体推進薬１に点火する。
【００２９】
これにより、固体推進薬１の燃焼ガスがガス流通室３に流入し、同燃焼ガスをロケットノズル４から外部に噴射することで推力を発生させることとなる。なお、図２の断面上では、一方側のロケットノズル４が閉塞され、他方側のロケットノズル４が開放された状態を示しているが、宇宙機を機軸方向に推進させる場合には、対称的な位置関係にある複数のロケットノズル４を選択して開放状態にし、各ロケットノズル４による総推力の中心を機軸に一致させる。
【００３０】
上記の薄型ロケットモータＲは、回転体１１におけるガス流入口１５及びガス流出口１６の数、位置及び大きさ、推進薬カートリッジ２の固体推進薬１の種類、量及び内面燃焼や端面燃焼といった燃焼方式、並びにロケットノズル４の推力方向や開口比を組合わせることにより、モータ単体で宇宙機の様々な運用に対処することが可能である。
【００３１】
例えば、ガス流入口１５及びガス流出口１６の数、位置及び大きさなどが異なる回転体１１を予め複数種類用意しておき、宇宙機の運用に応じて回転体１１を選択的に取付けるようにしても良い。
【００３２】
最も簡単な使い方としては、各推進薬カートリッジ２を一斉に作動させ、その燃焼ガスを全てのロケットノズル４から噴射するものである。この場合、回転体１１を用いなくても良いが、ガス噴出口７と同数のガス流入口１５を設けた回転体１１を用い、点火前において、回転体１１で各ガス噴出口７を閉塞して固体推進薬１の劣化を防止することも有効である。このように点火前に各ガス噴出口７を閉塞しておくことは、当該薄型ロケットモータＲを段階的に作動させる場合にも適用可能である。
【００３３】
また、この実施例の場合、推進薬カートリッジ２が８本であるから、最大で８段階に作動させることが可能である。このとき、各推進薬カートリッジ２の固体推進薬１を全て同一構成にし、各段階で同数の推進薬カートリッジ２を作動させて同等の推力を発生させるのも一つの使い方であるが、各段階で推進薬カートリッジ２の選択数を変えることも勿論可能であり、さらに、各段階でロケットノズル４の選択数を変えて固体推進薬１の燃焼時間や推力を変化させることも可能である。
【００３４】
つまり、薄型ロケットモータＲでは、上述の幾つかの使い方に、固体推進薬１、ロケットノズル４及び回転体１１の異なる仕様を加えれば、その組合せは非常に多様なものになることが明らかであり、モータ単体で宇宙機の様々な運用に対処し得るものとなる。
【００３５】
なお、本発明の薄型ロケットモータは、その構成が上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。例えば推進薬カートリッジやロケットノズルは、その数や形状を変更することができ、とくにロケットノズルは単数であっても良く、この場合には、ガス流通室の下部隔壁を内側に凹状に形成して、その凹部にロケットノズルのスロート部側を入り込ませることにより、ロケットノズルの突出量を極力小さくして機軸方向の短縮化を図ることも有効である。
【００３６】
さらに、上記実施例では、回転体が円周壁と低壁を一体に備えると共に、円周壁及び低壁にガス流入口及びガス流出口を形成したものとしたが、円周壁と低壁を個別の回転体として、これらを個々の駆動装置で回転駆動するようにしても良い。また、ガス流通室を燃焼器として構成し、このガス流通室に第１段階で用いる固体推進薬を装填することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の薄型ロケットモータの一実施例を説明する平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線矢視に基く断面図である。
【図３】図１に示す薄型ロケットモータを下方から見た状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｒ    薄型ロケットモータ
１    固体推進薬
２    推進薬カートリッジ
３    ガス流通室
４    ロケットノズル
５    環状構造体
１１  回転体
【図１】
0004747290.tif 000002
【図２】
0004747290.tif 000003
【図３】
0004747290.tif 000004