(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性を有する固体燃料をそなえると共に固体燃料の一方側に気体酸化剤を圧送する気体酸化剤送給系をそなえ、固体燃料の一方側から圧送されて固体燃料の通気性により固体燃料の他方側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他方側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する燃焼空間をそなえ、燃焼空間に連通して拡散火炎により推力を得るノズルをそなえ、液体酸化剤の収容部をそなえると共に、液体酸化剤をガス化して気体酸化剤とする再生冷却部をノズル部分にそなえ、液体酸化剤の収容部と再生冷却部を液体酸化剤送給系で接続すると共に、再生冷却部を気体酸化剤送給系に接続し、気体酸化剤送給配管の途中に気体酸化剤制御弁を設けたことを特徴とするロケットエンジン。
【請求項２】
固体燃料は通気性が軸方向に連続する円柱形状をなし、円柱形状の一端面側から圧送されて固体燃料の軸方向の通気性により固体燃料の他端面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他端面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する端面燃焼空間をそなえる請求項１に記載のロケットエンジン。
【請求項３】
固体燃料は通気性が半径方向に連続する円筒形状をなし、円筒形状の外周面側から圧送されて固体燃料の半径方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえる請求項１に記載のロケットエンジン。
【請求項４】
固体燃料は通気性が求心方向に連続する芯部中空球形状をなし、球形状の外周面側から圧送されて固体燃料の求心方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえる請求項１に記載のロケットエンジン。
【請求項５】
通気性を有する固体燃料は、固体燃料材質の繊維状素材，線状素材，紐状素材，毛管状素材，膜状素材，帯状素材，織布状素材，不織布状素材のうちから選ばれる素材を通気性を保持して集めた集合体よりなる請求項１ないし４のいずれかに記載のロケットエンジン。
【請求項６】
通気性を有する固体燃料は、高炭素質素材からなるものとした請求項１ないし５のいずれかに記載のロケットエンジン。
【請求項７】
素材の表面に金属燃料を有するものとした請求項項５または６に記載のロケットエンジン。
【請求項８】
繊維状，線状，紐状，毛管状，膜状，帯状，織布状，不織布状のうちから選ばれる形態をなす金属燃料を含めた集合体よりなる請求項５に記載のロケットエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛翔体の推力を得るロケットエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飛翔体の推力を得るロケットエンジンの主なものとしては、液体ロケットエンジントと固体ロケットエンジンがある。
【０００３】
このうち、液体ロケットエンジンは、液体燃料と液体酸化剤を推進薬として使用するものであって、大きな比進力をもつ推進薬が多いため高性能エンジンを得やすいこと、燃焼停止や再点火を含めて推力の大きさ制御および方向制御を行いやすいため高精度の誘導制御に適すること、エンジンが大型になるほど質量比が大きくできること、長秒時の連続燃焼が可能であること、実際の打ち上げに使用するエンジンを用いた地上燃焼試験により性能や信頼性を確認できること、などの特長を有していることから、人工衛星打上げ用ブースターや軌道および姿勢制御用ロケットなどに実用化されている。
【０００４】
他方、固体ロケットエンジンは、固体燃料と固体酸化剤を推進薬として使用するものであって、構造が簡単で部品点数が少なく、とくに可動部分がないため高い信頼度を得やすいこと、取扱いが簡単であること、推進薬を装填したまま長期保存できること、即時発射も可能であること、ロケット重量に比べて大きな推力を得やすいため大きな初期加速度を出しやすいこと、小型のものは液体ロケットエンジンよりも大きな質量比が得られること、比較的開発が容易で製作費が安価であること、などの特長を有していることから、中規模人工衛星打上げ用ロケット、人工衛星打上げ用補助ブースター、気象観測用ロケット、姿勢制御用ロケットなどに使用されている。
【０００５】
そのほか、従来既知のロケットとしては、液体酸化剤と固体燃料あるいは固体酸化剤と液体燃料の組み合わせとしたハイブリッドロケットエンジンもある。
【０００６】
図５はこの種のハイブリッドロケットエンジンの概要を示すものであって、このハイブリッドロケットエンジン５１は、前方の液体酸化剤５２と後方の固体燃料５３とを制御弁５４を介して接触可能にし、液体酸化剤５２側の前端にガス発生器または加圧ガスタンク５５をそなえていると共に、固体燃料５３側の後端に燃焼室５６と連通するノズル５７をそなえた構造をなすものである（『航空宇宙工学便覧』昭和５８年４月２５日増補版発行  第６５５頁）。
【０００７】
このハイブリッドロケットエンジン５１は、液体ロケットエンジンと固体ロケットエンジンの長所を取り入れる試みとしたものであって、燃焼停止や再点火を含めて推力の大きさ制御が可能であること、比推力および密度比推力がともに高水準にあること、固体燃料にクラックや空孔があっても支障がないこと、低推力長秒時の燃焼が可能であること、などの特長を有していることから、有望なロケットエンジンとされていた。
【０００８】
しかしながら、このようなハイブリッドロケットエンジンでは、固体燃料表面への液体酸化剤の分配や液体噴射器からの液体酸化剤の噴射速度，方向，液滴の粒度分布、液滴の蒸発速度等が良好でないと固体燃料の燃え残りを生じやすく燃焼効率が低くなる。また、混合拡散が不十分で燃焼不安定を招くこともある。
【０００９】
一方、この種のハイブリッドロケットエンジンでは、酸化剤や燃料が廉価であること、燃焼生成ガスの組成を自然界に存在する化学種とすることも可能であることなど、費用や環境の観点から次世代の宇宙推進系の備えるべき要件を満たしていることから、近年、再び注目されつつある。
【００１０】
このような液体酸化剤と固体燃料を組み合わせたハイブリッドロケットエンジンの改良についてもいくつかの試みがなされており、例えば、固体燃料に多数の細い管またはドリル穴を形成し、液体燃料を多数の細い管またはドリル穴を通して内面燃焼方式の燃焼空間に流すことによって内面燃焼させるようにしたもの（特開平８−６１１５０号公報）や、多孔質性固体燃料の空隙に液体酸化剤を含浸し、固体燃料中に含浸した液体酸化剤が気化しないうちに点火燃焼させるようにしたもの（特開平８−９３５５９号公報）もあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような固体燃料中に液体酸化剤を流す方式としたものや多孔質性固体燃料中に液体燃料を含浸させる方式としたものでは、液体ロケットエンジンのインジェクタのごとく一定形状のノズルから液体酸化剤を吹き出すようにしたものとは異なって、単に、細い管またはドリル穴を通して液体酸化剤を流したり、多孔質性固体燃料中に液体酸化剤を含浸したりして液体酸化剤を供給するものとしているため、液体酸化剤において一定の流量率ないしは供給率を確保することが難しく、安定した燃焼を維持することが困難であるという問題点があった。
【００１２】
そして、細い管またはドリル穴を通して液体酸化剤を流す場合には、まっすぐな細い流路とするのが好ましいが、固体燃料が燃焼するにつれて流路抵抗が減少するため、液体酸化剤の流量率が増加して消費されない液体酸化剤が内部に滞溜する可能性があり、ある条件を超えると、固体燃料の着火を維持することができなくなったり、急激な燃焼増大を生じたりする可能性があって、安定した燃焼を得ることが難しいという課題があった。
【００１３】
そしてまた、液体酸化剤の流量率を一定にすることは不可能ではないものの、制御系が著しく複雑なものとなり、コストの上昇をもたらすことになるという問題点があるため、これらの問題点を解消することが課題としてあった。
【００１４】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたものであって、推進薬を廉価なものにすることができると共に、燃焼生成ガスの組成を自然界に存在する化学種とすることが容易に可能であり、従来の固体推進薬類似の燃焼モードを得ることが可能であって、著しく安定した燃焼状態を得ることが可能であり、従来の液体酸化剤と液体燃料を用いた液体ロケットエンジン、固体酸化剤と固体燃料を用いた固体ロケットエンジン、さらには液体酸化剤と固体燃料（あるいは固体酸化剤と液体燃料）を用いたハイブリッドロケットエンジンとは概念を一新した全く新規なハイブリッドロケットエンジンを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるロケットエンジンは、請求項１に記載しているように、通気性を有する固体燃料をそなえると共に固体燃料の一方側に気体酸化剤を圧送する気体酸化剤送給系をそなえ、固体燃料の一方側から圧送されて固体燃料の通気性により固体燃料の他方側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他方側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する燃焼空間をそなえ、燃焼空間に連通して拡散火炎により推力を得るノズルをそなえ、液体酸化剤の収容部をそなえると共に、液体酸化剤をガス化して気体酸化剤とする再生冷却部をノズル部分にそなえ、液体酸化剤の収容部と再生冷却部を液体酸化剤送給系で接続すると共に、再生冷却部を気体酸化剤送給系に接続し、気体酸化剤送給配管の途中に気体酸化剤制御弁を設けた構成としたことを特徴としている。
【００１６】
そして、本発明に係わるロケットエンジンの実施態様においては、請求項２に記載しているように、固体燃料は通気性が軸方向に連続する円柱形状をなし、円柱形状の一方側である一端面側から圧送されて固体燃料の軸方向の通気性により固体燃料の他方側である他端面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他端面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する端面燃焼空間をそなえる構成のものとすることができる。
【００１７】
同じく、本発明に係わるロケットエンジンの実施態様においては、請求項３に記載しているように、固体燃料は通気性が半径方向に連続する円筒形状をなし、円筒形状の一方側である外周面側から圧送されて固体燃料の半径方向の通気性により固体燃料の他方側である内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえる構成のものとすることができる。
【００１８】
同じく、本発明に係わるロケットエンジンの実施態様においては、請求項４に記載しているように、固体燃料は通気性が求心方向に連続する芯部中空球形状をなし、球形状の一方側である外周面側から圧送されて固体燃料の求心方向の通気性により固体燃料の他方側である内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえる構成のものとすることができる。
【００２０】
同じく、本発明に係わるロケットエンジンの実施態様においては、請求項５に記載しているように、通気性を有する固体燃料は、固体燃料材質の繊維状素材，線状素材，紐状素材，毛管状素材，膜状素材，帯状素材，織布状素材，不織布状素材のうちから選ばれる素材を通気性を保持して集めた集合体よりなる構成のものとすることができ、また、請求項６に記載しているように、通気性を有する固体燃料は、樹脂やゴムなどの高炭素質素材からなるものとすることができ、請求項７に記載しているように、素材の表面に金属燃料を有するものとなすことができ、あるいは、請求項８に記載しているように、繊維状，線状，紐状，毛管状，膜状，帯状，織布状，不織布状のうちから選ばれる形態をなす金属燃料を含めた集合体よりなるものとなすことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係わるロケットエンジンにおいて、通気性を有する固体燃料としては、固体燃料材質の長尺状の繊維状素材，線状素材，紐状素材，毛管状素材，膜状素材，帯状素材，織布状素材，不織布状素材等々のうちから選ばれる１種または２種以上の素材を通気性を保持して集めた集合体よりなるものを用いることが可能である。
【００２２】
より具体的には、固体燃料材質の繊維状素材をランダム状ないしはフェルト状等の形態に集めて円柱形状，円筒形状，球形状等の適宜形状に成形して連続した通気性を有する固体燃料とすることができる。
【００２３】
あるいは、固体燃料材質の線状素材や紐状素材や毛管状素材や適宜の凹凸，溝などを有する膜状素材や適宜の凹凸，溝などを有する帯状素材等々のうちから選ばれる１種または２種以上の素材を束状に並べることによって各素材の例えば長手方向に連続した通気性を有する固体燃料としたりすることができる。
【００２４】
あるいは、固体燃料材質の織布状素材や不織布状素材を巻いたり重ねたりして積層することにより円柱形状，円筒形状，球形状等の適宜形状に成形して連続した通気性を有する固体燃料とすることもできる。
【００２５】
そして、固体燃料の材質としては、例えば、ポリエチンレン，ポリプロピレン，ポリエステル，ポリサルファイド，ポリ塩化ビニル，ポリウレタン，末端カルボキシル基ポリブタジエン（ＣＴＰＢ），末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）など各種の樹脂やゴムなどの高炭素質素材のものの中から適宜に選んで使用することができ、モータケース内に適宜インシュレータ，ライナーを設けた状態として、直填式やブロック式や圧伸式や注型式などによって装填したものとすることができる。
【００２６】
また、上記固体燃料材質の素材の表面に金属燃料を有するものとなすことも可能であり、コーティングやめっきや蒸着などによって付着させたものとすることが可能である。
【００２７】
あるいは、繊維状，線状，紐状，毛管状，膜状，帯状，織布状，不織布状などのうちから選ばれる１種または２種以上の形態をなす金属燃料を前記した各固体燃料材質の素材に含めて円柱形状，円筒形状，球形状などの集合体に形成するようになすことも可能である。
【００２８】
そして、金属燃料としては、例えば、Ａｌ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｚｒやこれらを含む化合物などを用いることができ、このような金属燃料を適宜の形態で含ませた通気性を有する固体燃料とすることによって、固体燃料の密度を高めたり、燃焼温度を高めたりするようになすことができる。
【００２９】
そして、このような固体燃料においては、金属燃料のほか、場合によっては、正または負の燃焼触媒（燃焼調節剤），振動燃焼抑制剤，高エネルギ添加剤，冷却剤，消炎剤，物性向上剤などを添加しものとすることも適宜可能である。
【００３０】
本発明によるロケットエンジンでは、上述したような通気性を有する固体燃料をそなえるものとし、そしてまた、固体燃料の一方側に気体酸化剤を圧送する気体酸化剤送給系をそなえるものとして、固体燃料の一方側から圧送されて固体燃料の通気性により固体燃料の他方側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他方側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する燃焼空間をそなえるものとし、この燃焼空間に連通して拡散火炎により推力を得るノズルをそなえるものとしている。
【００３１】
この場合、気体酸化剤としては、例えば、酸素ガス，過酸化水素ガス，四酸化二窒素ガス（過酸化窒素ガス）など適宜の酸化剤のなかから選択して用いることができる。
【００３２】
また、ノズルとしては、一般的な固定ノズルのほか、ジェットベーン方式，ジェッタベータ方式，可動ノズル方式などとした方向制御式のものを用いることも可能である。
【００３３】
そして、具体的には、例えば、固体燃料は軸方向に連続した通気性を有する中実の円柱形状をなすものとし、円柱形状の一端面側から圧送されて固体燃料の軸方向の通気性により固体燃料の他端面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他端面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する端面燃焼空間をそなえるものとすることができる。
【００３４】
また、他の具体例として、例えば、固体燃料は半径方向に連続した通気性を有する軸心部中空（真円形中空，星形中空等）の円筒形状をなすものとし、円筒形状の外周面側から圧送されて固体燃料の半径方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえるものとすることができる。
【００３５】
さらにまた、他の具体例として、例えば、固体燃料は求心方向に連続した通気性を有する芯部中空（断面真円形中空，断面星形中空等）の球形状をなすものとし、球形状の外周面側から圧送されて固体燃料の求心方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえるものとすることができる。
【００３６】
そして、本発明によるロケットエンジンにおいて、液体酸化剤の収容部をそなえるものとし、この液体酸化剤をガス化して気体酸化剤とする再生冷却部をノズル部分にそなえるものとし、液体酸化剤の収容部と再生冷却部を液体酸化剤送給系で接続すると共に、再生冷却部を気体酸化剤送給系に接続し、気体酸化剤送給配管の途中に気体酸化剤制御弁を設けて、気体酸化剤送給系より固体燃料の一方側（一方側端面，外周面等）に気体酸化剤を圧送するようにしている。
【００３７】
この場合、液体酸化剤としては、例えば、液体酸素，液体過酸化水素，液体四酸化二窒素（液体過酸化窒素）など適宜の液体酸化剤のなかから選択して用いることができる。
【００３８】
そして、液体酸化剤の収容部には、ガス発生器や加圧ガスタンクなどを設けることによって、液体酸化剤の供給が円滑に行えるようにしておくのが良い。
【００３９】
さらにまた、気体酸化剤送給系に、気体酸化剤制御弁をそなえるものとして、気体酸化剤の供給流量が固体燃料のうち分解蒸発した燃料に対して適切であるものとすることによって、安定した燃焼が実行されるようにし、燃焼の完結性がより一層向上したものとなるようにすることが良い。そして、このように気体酸化剤供給系に気体酸化剤制御弁をそなえているものとすることによって、従来の固体燃料中に液体酸化剤を流したり、固体燃料中に液体酸化剤を含浸させたりする場合に比べて、酸化剤の供給・制御を著しく適切に行うことができるものとなる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によるロケットエンジンでは、通気性を有する固体燃料をそなえると共に固体燃料の一方側に気体酸化剤を圧送する気体酸化剤送給系をそなえ、固体燃料の一方側から圧送されて固体燃料の通気性により固体燃料の他方側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他方側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する燃焼空間をそなえ、燃焼空間に連通して拡散火炎により推力を得るノズルをそなえた構成としたから、従来の液体酸化剤を固体燃料に流したり、液体酸化剤を固体燃料に含浸したりするものに比べて、酸化剤の供給率を一定のものとしたり所定のものに設定したりすることが容易に可能であって、安定した気体酸化剤と固体燃料との燃焼状態を得ることが可能であり、固体燃料の燃焼効率を十分良好なものとすることが可能であって固体推進薬類似の燃焼モードを得ることが可能であり、固体燃料の他方側で吹き出る気体酸化剤の流速を大きなものにできると共にこの流速の大きい気体酸化剤と固体燃料の他方側で分解気化した燃料とが混合しやすいものとなって燃焼の完結度を著しく高いものとすることが可能であり、固体燃料の一方側からの気体酸化剤の高速流入によって固体燃料が冷却されて、火炎の上流進行を防止することが可能であり、さらにまた、燃焼空間の断熱を固体燃料によって行うことができるため固体ロケット並みの質量比を得ることが可能であり、液体酸化剤（例えば、液体酸素ではその沸点が約−１８３℃）を固体燃料に流す場合のようなエンジンケース等の低温脆性の問題がないことから、エンジンケース等の材料の選択の自由度を大きなものとすることが可能であるなどの著しく優れた効果がもたらされる。
【００４１】
さらに、本発明によるロケットエンジンでは、推進薬を廉価なものにすることができると共に、燃焼生成ガスの組成を自然界に存在する化学種とすることも容易に可能であり、従来の液体酸化剤と液体燃料を用いた液体ロケットエンジン、固体酸化剤と固体燃料を用いた固体ロケットエンジン、さらには液体酸化剤と固体燃料（あるいは固体酸化剤と液体燃料）を用いたハイブリッドロケットエンジンとは概念を一新した全く新規なハイブリッドロケットエンジンを提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００４２】
さらに、本発明によるロケットエンジンでは、液体酸化剤の収容部をそなえると共に、液体酸化剤をガス化して気体酸化剤とする再生冷却部をノズル部分にそなえ、液体酸化剤の収容部と再生冷却部を液体酸化剤送給系で接続すると共に、再生冷却部を気体酸化剤送給系に接続するものとなすことによって、気体酸化剤はエンジンの再生冷却ループによって得るものとなっているため、従来の図５に示したごとき液体酸化剤５２を制御弁５４を介して固体燃料５３に流すようにした場合のようなハイブリッドシステムとしての問題はなく、このような気体酸化剤を固体燃料の他方側から吹き出すことによって固体燃料の他方側で分解蒸発した燃料との混合状態を良好なものとして燃焼の完結度を高いものとすることが可能であり、再生冷却部以後における気体酸化剤供給系やエンジンケースなどにおいては液体酸化剤を供給する場合のような極低温材料を使用する必要性がなくなって材料選択の自由度を高めることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４３】
そして、請求項２に記載しているように、固体燃料は通気性が軸方向に連続する円柱形状をなし、円柱形状の一端面側から圧送されて固体燃料の軸方向の通気性により固体燃料の他端面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の他端面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する端面燃焼空間をそなえるものとすることによって、前述した種々の作用・効果を奏する燃焼推力一定型（中立型）のロケットエンジンを提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４４】
また、請求項３に記載しているように、固体燃料は通気性が半径方向に連続する円筒形状をなし、円筒形状の外周面側から圧送されて固体燃料の半径方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえるものとすることによって、前述した種々の作用・効果を奏する燃焼推力漸増型（単孔ないしは真円内面燃焼方式の場合）や燃焼推力略一定型（スター内面燃焼方式の場合）のロケットエンジンを提供することが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４５】
さらに、請求項４に記載しているように、固体燃料は通気性が求心方向に連続する芯部中空球形状をなし、球形状の外周面側から圧送されて固体燃料の求心方向の通気性により固体燃料の内周面側で吹き出る気体酸化剤と固体燃料の内周面側で分解蒸発した燃料とで拡散火炎を形成する内面燃焼空間をそなえるものとすることによって、前述した種々の作用・効果を奏する燃焼推力漸増型（断面円形の芯部中空の場合）や燃焼推力略一定型（断面星形の芯部中空の場合）の球形ロケットエンジンを提供することが可能であるという著大なる効果がもたらされる。
【００４６】
そして、請求項５に記載しているように、通気性を有する固体燃料は、固体燃料材質の繊維状素材，線状素材，紐状素材，毛管状素材，膜状素材，帯状素材，織布状素材，不織布状素材のうちから選ばれる素材を通気性を保持して集めた集合体よりなるものとすることによって、固体燃料の一方側から圧送した気体酸化剤をその通気性により固体燃料の他方側で吹き出すことが可能となって、固定燃料の他方側で分解蒸発した燃料との混合を容易なものとすることが可能となって燃焼の完結度をより高いものとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４７】
そしてまた、請求項６に記載しているように、通気性を有する固体燃料は、高炭素質素材からなるものとすることによって、十分な推力を得るものとすることが可能であり、請求項７に記載しているように、前記素材の表面に金属燃料を有するものとすることによって、燃焼温度をより一層高いものとすることができ、比推力がさらに増大したエンジンロケットとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４８】
さらに、請求項８に記載しているように、繊維状，線状，紐状，毛管状，膜状，帯状，織布状，不織布状のうちから選ばれる形態をなす金属燃料を含めた集合体よりなるものとすることによっても、燃焼温度をより一層高いものとすることができ、比推力がさらに増大したエンジンロケットとすることが可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
【００４９】
【実施例】
実施例１
図１は、本発明によるロケットエンジンの第１実施例を示すものであって、このロケットエンジン１は、エンジンケース２の内部に、前後に空間を残して、通気性が軸方向に連続する中実円柱形状の固体燃料３が装填してある。
【００５０】
この固体燃料３は、この第１実施例において、ポリエチレンからなる細線をロケットエンジン１の軸方向に並べて束ねることによって、軸方向に連続した通気性を有するものとしている。
【００５１】
また、この第１実施例においては、ポリエチレンからなる細線のみを軸方向に並べて束ねたものとするほか、ポリエチレンからなる細線の表面に金属燃料であるＡｌを蒸着させたものを用いた例や、Ａｌ細線をポリエチレン細線と共に軸方向に並べて束ねた例についても実施した。
【００５２】
この固体燃料３の後方には、この固体燃料３を端面燃焼させる燃焼空間４をそなえていると共に、この燃焼空間４に連通するノズル５をそなえており、このノズル５には再生冷却部６が設けてある。
【００５３】
また、エンジンケース２の前方には液体酸化剤の収容部としての液体酸化剤ケース７が配設してあって、この液体酸化剤ケース７の内部は液体酸化剤（この実施例では液体酸素）８が収容してある。
【００５４】
そして、この液体酸化剤ケース７には、図示しないガス発生器や加圧ガスタンクなどの液体酸化剤加圧機構が設けてある。
【００５５】
そしてまた、この液体酸化剤ケース７とノズル５部分の再生冷却部６との間には液体酸化剤送給系としての液体酸化剤送給配管９が接続してあると共に、ノズル５部分の再生冷却部６は気体酸化剤送給系である気体酸化剤送給配管１０に接続してあり、この気体酸化剤送給配管１０の途中には気体酸化剤制御弁１１が設けてあると共に、この気体酸化剤送給配管１０は固体燃料３の前方に形成された気体酸化剤分配空間１２に連通させてある。
【００５６】
したがって、このような構成になるロケットエンジン１では、固体燃料３の一方側である図示左端面側から圧送された気体酸化剤は、固体燃料３の軸方向の通気性によって固体燃料３の他方側である図示右端面側から吹き出ることとなり、この吹き出た気体酸化剤と同じく固体燃料３の図示右端面側で分解蒸発した燃料とで混合気が形成されて燃焼することによって端面燃焼空間４で拡散火炎が形成され、この拡散火炎がノズル５を通して噴出することによって推力を得る。
【００５７】
それゆえ、この第１実施例による図１に示したロケットエンジン１では、気体酸化剤制御弁１１を制御することによって、気体酸化剤の供給率を一定のものとしたり所定のものに設定したりすることが容易に可能であり、安定した気体酸化剤と固体燃料３との燃焼状態を得ることが可能であり、固体燃料３の燃焼効率を十分良好なものとすることが可能であって固体推進薬類似の燃焼モードを得ることが可能であり、固体燃料３の他端面（右端面）で吹き出る気体酸化剤の流速を大きなものにできると共にこの流速の大きい気体酸化剤と固体燃料３の他端面（右端面）で分解気化した燃料とが混合しやすいものとなって燃焼の完結性を著しく良好なものとすることが可能であり、固体燃料３の一端面（左端面）からの気体酸化剤の高速流入によって固体燃料３が冷却されて、火炎の上流進行を阻止することが可能であり、気体酸化剤送給配管１０や気体酸化剤制御弁１１等は液体酸化剤（例えば、液体酸素の沸点は約−１８３℃）を使用する場合ほどの耐低温脆性材料を用いなくとも良いため材料選択の自由度を高めることが可能であるなどの著しく優れた効果がもたらされる。
【００５８】
実施例２
図２は、本発明によるロケットエンジンの第２実施例を示すものであって、このロケットエンジン１は、エンジンケース２の内部に、前後に空間を残して、通気性が半径方向に連続する芯部中空円筒形状の固体燃料３が装填してある。
【００５９】
この固体燃料３は、この第２実施例において、ポリエチレン繊維の織布をロケットエンジン１の軸方向に積み重ねることによって、半径方向に連続した通気性を有するものとしており、固体燃料３の図示左端面側は外周部に通気口３ａを有する端面板３Ａで支持していると共に、図示右端面側は中央部に通気口３ｂを有する端面板３Ｂで支持しているものとなっている。
【００６０】
また、この第２実施例においては、ポリエチレン繊維の織布のみを軸方向に積み重ねたものとするほか、ポリエチレン繊維の表面に金属燃料であるＡｌを蒸着させた繊維を織った織布を用いた例や、Ａｌ短細線をポリエチレン繊維と共に織った織布を軸方向に積み重ねた例についても実施した。
【００６１】
この固体燃料３の芯部中空部分には、この固体燃料３を内面燃焼させる燃焼空間４をそなえていると共に、この燃焼空間４に連通するノズル５をそなえており、このノズル５には再生冷却部６が設けてある。
【００６２】
また、エンジンケース２の前方には液体酸化剤の収容部としての液体酸化剤ケース７が配設してあって、この液体酸化剤ケース７の内部は液体酸化剤（この実施例では液体酸素）８が収容してある。
【００６３】
そして、この液体酸化剤ケース７には、図示しないガス発生器や加圧ガスタンクなどの液体酸化剤加圧機構が設けてある。
【００６４】
そしてまた、この液体酸化剤ケース７とノズル５部分の再生冷却部６との間には液体酸化剤送給系としての液体酸化剤送給配管９が接続してあると共に、ノズル５部分の再生冷却部６は気体酸化剤送給系である気体酸化剤送給配管１０に接続してあり、この気体酸化剤送給配管１０の途中には気体酸化剤制御弁１１が設けてあると共に、この気体酸化剤送給配管１０は固体燃料３の外周面側に形成された気体酸化剤分配空間１２に端面板３Ａの外周側通気口３ａを介して連通させてある。
【００６５】
したがって、このような構成になる図２に示したロケットエンジン１では、固体燃料３の一方側である外周面側から圧送された気体酸化剤は、固体燃料３の半径方向の通気性によって固体燃料３の他方側である内周面側から吹き出ることとなり、この吹き出た気体酸化剤と同じく固体燃料３の内周面側で分解蒸発した燃料とで混合気が形成されて燃焼することによって内面燃焼空間４で拡散火炎が形成され、この拡散火炎がノズル５を通して噴出することによって推力を得る。
【００６６】
それゆえ、この第２実施例によるロケットエンジン１では、気体酸化剤制御弁１１を制御することによって、気体酸化剤の供給率を一定のものとしたり所定のものに設定したりすることが容易に可能であり、安定した気体酸化剤と固体燃料３との燃焼状態を得ることが可能であり、固体燃料３の燃焼効率を十分良好なものとすることが可能であって固体推進薬類似の燃焼モードを得ることが可能であり、固体燃料３の内周面で吹き出る気体酸化剤の流速を大きなものにできると共にこの流速の大きい気体酸化剤と固体燃料３の内周面で分解気化した燃料とが混合しやすいものとなって燃焼の完結性を著しく良好なものとすることが可能であり、固体燃料３の外周面からの気体酸化剤の高速流入によって固体燃料３が冷却されて、火炎の上流進行を阻止することが可能であり、気体酸化剤送給配管１０や気体酸化剤制御弁１１やエンジンケース２等は液体酸化剤（例えば、液体酸素の沸点は約−１８３℃）を使用する場合ほどの耐低温脆性材料を用いなくとも良いため材料選択の自由度を高めることが可能であるなどの著しく優れた効果がもたらされる。
【００６７】
実施例３
図３は、本発明によるロケットエンジンの第３実施例を示すものであって、このロケットエンジン１は、図１に示したロケットエンジン１においてポリエチレンからなる細線を軸方向に並べて束ねた固体燃料３を用いた代わりに、ポリエチレンからなる毛管を軸方向に並べて設けた固体燃料３を用いた場合を示すものである。
【００６８】
この場合、固体燃料３の一方側（図示左端面側）から圧送された気体酸化剤は毛管に沿って軸方向に流れて固体燃料３の他方側（図示右端面側）で吹き出すこととなり、実施例１の場合と同様に安定した拡散火炎の形成が可能となって、この拡散火炎がノズル５より噴出することによって推力を得ることができるものとなる。
【００６９】
そして場合によっては、固体燃料３の一方側（図示左端面側）に気体酸化剤の均一分配のための多孔質拡散板等を設けることにより、固体燃料３の左端面から気体酸化剤が均一に分布した状態で固体燃料３内に圧送されるようになすことも可能である。
【００７０】
実施例４
図４は、本発明によるロケットエンジンの第４実施例を示すものであって、このロケットエンジン１は、図２に示したロケットエンジン１においてポリエチレン繊維の織布をロケットエンジン１の軸方向に積み重ねた固体燃料３を用いた代わりに、ポリエチレンからなる毛管を半径方向に多数設けた固体燃料３を用いた場合を示すものである。
【００７１】
この場合、固体燃料３の一方側である外周面側から圧送された気体酸化剤は毛管に沿って半径方向に流れて固体燃料３の他方側である内周面側で吹き出すこととなり、実施例２の場合と同様に安定した拡散火炎の形成が可能となって、この拡散火炎がノズル５より噴出することによって推力を得ることができるものとなる。
【００７２】
そして場合によっては、固体燃料３の外周面側に気体酸化剤の均一分配のための多孔質拡散板等を設けることにより、固体燃料３の外周面から気体酸化剤が均一に分布した状態で固体燃料３内に圧送されるようになすことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例によるロケットエンジンの基本構成を示す断面説明図（図１の（Ａ））および図１の（Ａ）のＩ−Ｉ線部位における内部構造説明図（図１の（Ｂ））である。
【図２】  本発明の第２実施例によるロケットエンジンの基本構成を示す断面説明図（図２の（Ａ））および図２の（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線部位における内部構造説明図（図２の（Ｂ））である。
【図３】  本発明の第３実施例によるロケットエンジンの基本構成を示す断面説明図（図３の（Ａ））および図３の（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線部位における内部構造説明図（図３の（Ｂ））である。
【図４】  本発明の第４実施例によるロケットエンジンの基本構成を示す断面説明図（図４の（Ａ））および図４の（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線部位における内部構造説明図（図４の（Ｂ））である。
【図５】  従来のハイブリッドロケットエンジンの基本構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ロケットエンジン
２  エンジンケース
３  固体燃料
４  燃焼空間（端面燃焼空間，内面燃焼空間）
５  ノズル
６  再生冷却部
７  液体酸化剤ケース（液体酸化剤の収容部）
８  液体酸化剤
９  液体酸化剤送給配管（液体酸化剤送給系）
１０  気体酸化剤送給配管（気体酸化剤送給系）
１１  気体酸化剤制御弁
１２  気体酸化剤分配空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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