(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器と、燃焼器の軸線上を貫通するガス流通管と、
ガス流通管内において軸線方向中央に設けられ且つ燃焼器内からガス流通管に流出する燃焼ガスの流量を制御するための流量制御バルブと、
流量制御バルブに流入する燃焼ガス中の異物を除去するためのフィルタと、
ガス流通管を中心にして燃焼器内に環状に充填したガス発生剤を備え、
ガス発生剤は、燃焼器内にレストリクタを介して複数層に充填してあると共に、端面燃焼が各層に順次進行する状態に各層を連続させてあり、
ガス流通管とガス発生剤との間に、前記レストリクタを抑えるためのサポータを備えたことを特徴とする往復端面燃焼型ガス発生装置。
【請求項２】
燃焼器と、燃焼器の軸線上を貫通するガス流通管と、
ガス流通管内において軸線方向中央に設けられ且つ燃焼器内からガス流通管に流出する燃焼ガスの流量を制御するための流量制御バルブと、
流量制御バルブに流入する燃焼ガス中の異物を除去するためのフィルタと、
ガス流通管を中心にして燃焼器内に環状に充填したガス発生剤を備え、
ガス発生剤は、レストリクタにより側面を燃焼規制して折り曲げた状態に充填してあると共に、燃焼器の一端側と他端側の間で少なくとも一往復の燃焼過程を経るものであり、
ガス流通管とガス発生剤との間に、前記レストリクタを抑えるためのサポータを備えたことを特徴とする往復端面燃焼型ガス発生装置。
【請求項３】
ガス発生剤は、燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定であることを特徴とする請求項１または２に記載の往復端面燃焼型ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、宇宙機を含む飛翔体のサイドスラスタ等に用いられる往復端面燃焼型ガス発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
端面燃焼型ガス発生装置は、例えば円筒形状の燃焼器内にガス発生剤を充填してガス発生剤の形状を円柱形状とし、このガス発生剤を端面燃焼させて軸線方向に燃焼を進行させると共に、その燃焼により発生した燃焼ガスを燃焼器からノズル等の機能部に導入するようになっている。このような端面燃焼型ガス発生装置としては、ガス発生剤である固体推進薬を装填したロケットモータなどが一般的に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような端面燃焼型ガス発生装置は、ガス発生剤が円柱形状である場合、その軸線方向の長さを燃焼速度で割った値が燃焼時間であり、燃焼時間に比例してガス発生剤の軸線方向の長さが増大する。このため、要求される燃焼時間や燃焼ガスの供給量に対して、ガス発生剤の形状が自ずと決まってしまい、設計の自由度が制限されるという問題点があり、このほか、例えば燃焼器の胴径は増やせるが全長は増やせないといった設計条件の基では、燃焼時間を延ばすことやガス発生剤の充填効率を高めることが難しいという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、燃焼器の全長を増すことなく燃焼時間を延長させることができ、設計の自由度の向上やガス発生剤の充填効率の向上を実現することができる往復端面燃焼型ガス発生装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置は、請求項１として、燃焼器と、燃焼器の軸線上を貫通するガス流通管と、ガス流通管内において軸線方向中央に設けられ且つ燃焼器内からガス流通管に流出する燃焼ガスの流量を制御するための流量制御バルブと、流量制御バルブに流入する燃焼ガス中の異物を除去するためのフィルタと、ガス流通管を中心にして燃焼器内に環状に充填したガス発生剤を備え、ガス発生剤は、燃焼器内にレストリクタを介して複数層に充填してあると共に、端面燃焼が各層に順次進行する状態に各層を連続させてあり、ガス流通管とガス発生剤との間に、前記レストリクタを抑えるためのサポータを備えた構成とし、請求項２として、燃焼器と、燃焼器の軸線上を貫通するガス流通管と、ガス流通管内において軸線方向中央に設けられ且つ燃焼器内からガス流通管に流出する燃焼ガスの流量を制御するための流量制御バルブと、流量制御バルブに流入する燃焼ガス中の異物を除去するためのフィルタと、ガス流通管を中心にして燃焼器内に環状に充填したガス発生剤を備え、ガス発生剤は、レストリクタにより側面を燃焼規制して折り曲げた状態に充填してあると共に、燃焼器の一端側と他端側の間で少なくとも一往復の燃焼過程を経るものであり、ガス流通管とガス発生剤との間に、前記レストリクタを抑えるためのサポータを備えた構成とし、請求項３として、ガス発生剤は、燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置では、燃焼器内にレストリクタを介してガス発生剤が複数層に充填してあり、最初の層のガス発生剤に点火することで端面燃焼を開始し、その後、ガス発生剤の端面燃焼が次の層へと順次進行する。すなわち、従来のように燃焼器内に単にガス発生剤を充填した場合には、燃焼器の一端側から他端側へ端面燃焼が進行して燃焼終了となるが、当該往復端面燃焼型ガス発生装置では、端面燃焼が進行方向を転じて各層に順次進行していくので、燃焼器の全長を同一とした場合、従来に比べて燃焼時間が大幅に延長される。また、往復端面燃焼型ガス発生装置では、ガス発生剤の燃焼により発生した燃焼ガスは、フィルタを介して流量制御バルブに流入し、制御バルブにより流量制御されてガス流通管に流出することとなる。この際、同ガス発生装置では、サポータによりレストリクタを抑える。
【０００７】
本発明の請求項２に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置では、燃焼器内に、レストリクタにより側面を燃焼規制した端面燃焼型のガス発生剤を折り曲げた状態に充填してあり、ガス発生剤に点火することで端面燃焼を開始し、この端面燃焼の進行が燃焼器の一端側と他端側の間で少なくとも一往復する。すなわち、従来のように燃焼器内に単にガス発生剤を充填した場合には、燃焼器の一端側から他端側へ端面燃焼が進行して燃焼終了となるが、当該往復端面燃焼型ガス発生装置では、燃焼器の一端側と他端側の間で少なくとも一往復の燃焼過程を経るので、燃焼器の全長を同一とした場合、従来に比べて燃焼時間が大幅に延長される。また、往復端面燃焼型ガス発生装置では、ガス発生剤の燃焼により発生した燃焼ガスは、フィルタを介して流量制御バルブに流入し、流量制御バルブにより流量制御されてガス流通管に流出することとなる。この際、同ガス発生装置では、サポータによりレストリクタを抑える。
【０００８】
本発明の請求項３に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置では、ガス発生剤の燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定であるので、燃焼時間の延長とともに一定量の燃焼ガスが発生し続ける。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置によれば、従来の端面燃焼型ガス発生装置に比べて、燃焼器の全長を増すことなく燃焼時間を大幅に延長させることができ、そのうえ、燃焼器の胴径の増大にも自在に対処することが可能であって、設計の自由度を著しく高めることができ、とくに燃焼器の両端が球面形状である場合には、ガス発生剤の充填効率を大幅に高めることができる。また、往復端面燃焼型ガス発生装置は、流量制御バルブにより、燃焼ガスの発生量及びガス流通管への流量を制御することができると共に、サポータにより、燃焼過程で変形したレストリクタが流量制御バルブのフィルタに被さるのを防止することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置によれば、従来の端面燃焼型ガス発生装置に比べて、燃焼器の全長を増すことなく燃焼時間を大幅に延長させることができ、そのうえ、燃焼器の胴径の増大にも自在に対処することが可能であって、設計の自由度を著しく高めることができ、とくに燃焼器の両端が球面形状である場合には、ガス発生剤の充填効率を大幅に高めることができる。また、往復端面燃焼型ガス発生装置は、流量制御バルブにより、燃焼ガスの発生量及びガス流通管への流量を制御することができると共に、サポータにより、燃焼過程で変形したレストリクタが流量制御バルブのフィルタに被さるのを防止することができる。
【００１１】
本発明の請求項３に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、ほぼ一定量の燃焼ガスを長時間発生させ続けることができ、当該ガス発生装置を駆動源とする機器の性能向上にも貢献することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置の一実施例を説明する。なお、この実施例の往復端面燃焼型ガス発生装置は、宇宙機のサイドスラスタの駆動源として用いられるものである。
【００１３】
図１に片側を省略した状態で示す往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１は、円筒部１の両端に概略半球状の鏡板部２，２を有して燃焼室３を形成する燃焼器４と、燃焼器４の軸線上を貫通するガス流通管５と、ガス流通管５内においてその軸線方向中央に設けた流量制御バルブ６を備えている。ガス流通管５には、燃焼室３内から流量制御バルブ６へ至る流通孔７が適数形成してあり、流通孔７の燃焼室３側には、流量制御バルブ６に流入する燃焼ガス中の異物を除去するためのフィルタ８が設けてある。
【００１４】
流量制御バルブ６は、内部の図示を省略したが、流通孔７からの導入部分で流路面積を変化させる弁と、弁を通過した燃焼ガスをガス流通管５の両端側に導く流路を備えている。この流量制御バルブ６は、流路面積が小さくなるように弁を閉じる方向に作動させることで、燃焼室３の内部圧力を上昇させて後記するガス発生剤１０の燃焼を促進し、これにより燃焼ガスの流量を増加させ、また、流路面積が大きくなるように弁を開く方向に作動させることで、燃焼室３の内部圧力を低下させてガス発生剤１０の燃焼が緩やかに行われるようにし、これにより燃焼ガスの流量を減少させるものとなっている。
【００１５】
さらに、この実施例では、当該往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１を宇宙機のサイドスラスタの駆動源に用いるので、ガス流通管５の両端側は、個々のバルブを備えた複数の噴射ノズルに連通しており、宇宙機の主制御装置からの指令により流量制御バルブ６を作動させて噴射ノズル側への燃焼ガスの流量を制御する。
【００１６】
往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１は、燃焼器４内に、レストリクタ９により側面を燃焼規制した端面燃焼型のガス発生剤１０が、あたかも内側から外側に折り曲げた状態となって環状に充填してある。これによりガス発生剤１０は、図示する断面において２層に形成され、図１右側となる燃焼器４の一端側に露出端面１０ａを有すると共に、他端側において内側層と外側層が連続している。また、ガス発生剤１０は、燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定になるように形成してあり、図示の断面から明らかなように、周長の相違に対応して内側層の厚さよりも外側層の厚さが小さくなる。
【００１７】
レストリクタ９は、ロケットモータに装填する固体推進薬用のレストリクタと同等のものを用いることができ、燃焼ガスの熱を遮断してガス発生剤１０の温度上昇を軽減する素材として例えばＥＰＤＭゴムを用いることができる。ガス発生剤１０としては、とくに限定されることは無いが、宇宙器に用いる場合には自己燃焼性を有するものが好ましく、ロケットモータに使用する固体推進薬を用いることができる。
【００１８】
また、燃焼器４内には、ガス発生剤１０の露出端面１０ａに対向して点火器１１が設けてある。さらに、ガス流通管５とガス発生剤１０との間には、燃焼過程で変形したレストリクタ９がフィルタ８に被さるのを防止するために、耐熱性を有するサポータ（仮想線で示す）１２が設けてある。このサポータ１２は例えばＧＦＲＰ製である。
【００１９】
上記構成を備えた往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１は、点火器１１によりガス発生剤１０の露出端面１０ａに点火すると、図中の矢印および仮想線で示すように、ガス発生剤１０の内側層において端面燃焼が進行する。このとき発生した燃焼ガスは、フィルタ８を通して流通孔７から流量制御バルブ６に流入し、流量制御バルブ６を経てガス流通管５の両端側へ流出し、図外の噴射ノズルから外部に噴射される。これと同時に、流量制御バルブ６を適宜作動させ、燃焼室３の内部圧力の増減に伴ってガス発生剤１０の燃焼状態を変化させ、結果的に燃焼ガスの流量を増減させる。
【００２０】
また、ガス発生剤１０の燃焼は、燃焼器４の一端側から他端側へ進行した後、外側層へ進行し、方向を転じて燃焼器４の他端側から一端側へと進行する。つまり、燃焼器４の一端側と他端側との間で一往復の燃焼過程を経るものとなっている。この間、ガス発生剤１０は、燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定となるように形成してあるので、基本的には一定量の燃焼ガスを発生し続ける。なお、流量制御バルブ６の作動に応じて燃焼ガスの発生量が変化する。
【００２１】
このように、この実施例における往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１は、燃焼器４内に、レストリクタ９により側面を燃焼規制した端面燃焼型のガス発生剤１０を折り曲げた状態に充填して同ガス発生剤１０を二層とし、ガス発生剤１０の端面燃焼を内側層から外側層に連続させて、燃焼器４の一端側と他端側の間で一往復の燃焼過程を経るものとしたから、燃焼器内に単に端面燃焼型のガス発生剤を充填した従来の装置と比べた場合、燃焼器４の全長を増すことなくほぼ２倍の燃焼時間を得ることができる。
【００２２】
また、当該往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ１は、燃焼器４の胴径の増大にも自在に対処することが可能であると共に、設計の自由度が著しく高いものであり、とくに、この実施例のように燃焼器４の両端が球面形状である場合には、ガス発生剤１０の端部形状も球略状となって充填効率が大幅に高められる。
【００２３】
図２は、本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置の他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２４】
図示の往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ２は、燃焼器４内に、レストリクタ９により側面を燃焼規制した端面燃焼型のガス発生剤１０を三層に折り曲げた状態に充填してある。ガス発生剤１０は、図中右側である燃焼器４の一端側において、内側層に露出端面１０ａを有すると共に、他端側において内側層と中間層が連続し、同じく一端側において中間層と外側層とが連続している。また、ガス発生剤１０は、燃焼過程における燃焼面積がほぼ一定になるように形成してあり、図示の断面から明らかなように、周長の相違に対応して三層の厚さが外側になるほど小さくなる。
【００２５】
この実施例における往復端面燃焼型ガス発生装置Ａ２は、先の実施例と同様に作動し、この際、ガス発生剤１０が、燃焼器４の一端側と他端側の間で一往復半の燃焼過程を経る。したがって、燃焼器内に単に端面燃焼型のガス発生剤を充填した従来の装置と比べた場合、燃焼器４の全長を増すことなくほぼ３倍の燃焼時間が得られると共に、先の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
なお、本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置は、その用途や詳細な構成が上記各実施例のみに限定されるものではなく、ガス発生剤１０の形状を自在に変更することが可能であり、例えば、ガス発生剤１０が燃焼器４の軸線方向に層を成すように形成することも可能であって、設計の自由度が非常に高いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置の一実施例を説明する片側省略の断面図である。
【図２】本発明に係わる往復端面燃焼型ガス発生装置の他の実施例を説明する片側省略の断面図である。
【符号の説明】
Ａ１  Ａ２    往復端面燃焼型ガス発生装置
４            燃焼器
９            レストリクタ
１０          ガス発生剤
【図１】
0004674971.tif 000002
【図２】
0004674971.tif 000003