(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進薬とノズルの間に複数個のガス流出孔を有する複数枚の火薬の飛散制御用多孔板を配置してなる短秒時作動ロケットモーターにおいて、該多孔板相互のガス流出孔の位置をずらして重ね合わせることによって、重ね合わせた多孔板の相互のガス流出孔が貫通する貫通部をなくすようにしたことを特徴とする短秒時作動ロケットモーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体燃焼装置における固体火薬類の飛散防止をするための多孔板及びその多孔板を利用した短秒時作動ロケットモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体燃焼装置における固体火薬類の飛散防止をするため、多孔板を用い、固体火薬類の粒子の大きさと多孔板の孔の大きさを調整し、耐圧と飛散抑制のバランスをとることが行われている。例えば、点火薬装置の多孔板がそうである。
また、固体燃焼装置における固体火薬類の飛散防止をするため、特開平７−２７９７６０号公報に開示されるストレーナのような物も検討されている。
点火薬装置の場合には、未燃焼の固体火薬類の飛散を完全に抑制出来なくてもその外部にロケットモータの燃焼室があるため、従来の多孔板でも充分な機能が得られた。
【０００３】
ところが、特開平７−２７９７６０号公報に開示されている姿勢制御モータのように、その外部に燃焼室を持たず、更にロケットモータの作動時間を短くするため粒状火薬を用い、その粒状火薬がモータケースに固定されない場合には、燃焼圧力差で燃焼装置外へ放出されることになる。それ故、上記公報に図９の２４で示されるようなストレーナ（以下、ストレーナという。）を用いることが提案されている。
【０００４】
しかしながら、粒状火薬を用いる短秒時作動ロケットモータの場合は、ストレーナを用いても完全に飛散を抑制することは難しく、通過流路の面積を小さくして、飛散を抑制しようとする場合、通過流路の面積がノズルのスロート断面積よりも小さくなり設計上採用できない構造になったり、また、ノズルのスロート断面積より通過流路の面積が大なる場合でも粒状火薬が燃焼初期に多孔板の孔を塞ぎ、異常な燃焼が発生するような現象が観察された。また未燃焼火薬類の系外への放出の結果、見かけの単位当たりのエネルギーの低下が観察され設計上の問題になった。
【０００５】
また、他には、燃焼する火薬類の薬厚を小さくし、燃焼圧力を高くし、燃焼完了時間を短くすることで系外へ放出されることを防ぐ検討もされているが、大型化する際に爆轟等の現象が観察され大型化の障害になっていた。
燃焼秒時が長い場合は、一般的なロケットモータで使用されるケースボンド方式、デップ接着方式等の火薬固定方法が主に用いられている。
【０００６】
しかしながら、推進薬とモータケースを推進薬の硬化時に同時に接着するケースボンド型ロケットモータを使用する場合、ロケットモータからの火薬の排出等は制御出来るが、薬厚を小さくすることは、充填率を極端に低下させる事になるため製造上問題があり、また、薬厚を大きくするための高燃焼速度の推進薬を得ることも難しく、短秒時作動ロケットモータへの適用は難しかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固体燃焼装置において粒状火薬等を固定することなく火薬の飛散を効率よく抑制する飛散制御用多孔板を提供すること及びそれを利用した短秒時作動ロケットモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、複数個のガス流出孔を有する多孔板を複数枚、相互のガス流出孔の位置をずらして重ね、この多孔板を短秒時作動ロケットモータの推進薬とノズル入口の間に配置することでノズルからの未燃焼推進薬の飛散を効率よく抑制できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
推進薬とノズルの間に複数個のガス流出孔を有する複数枚の火薬の飛散制御用多孔板を配置してなる短秒時作動ロケットモーターにおいて、該多孔板相互のガス流出孔の位置をずらして重ね合わせることによって、重ね合わせた多孔板の相互のガス流出孔が貫通する貫通部をなくすようにしたことを特徴とする短秒時作動ロケットモーター。
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の飛散制御用多孔板の一例を図１に示す。本例は４個のガス流出孔１を有する２枚の多孔板をガス流出孔の位相を４５度ずらして重ね、支柱２により結合したものである。
多孔板に形成されるガス流出孔１の通過流路面積の和は、ノズル１１のスロート断面積より大きく、ガス流出孔１の内径は火薬の短軸径より小さいことが好ましい。ガス流出孔１の内径が火薬の短軸径より大きい場合には燃焼中にガス流出孔内に火薬が詰まり、ガス流出孔１の通過流路面積の和がノズル１１のスロート断面積より小さくなり、異常燃焼を起こす恐れがある。
【００１１】
ノズル１１のスロート断面積よりガス流出孔１の通過流路面積の和を大きくとるために、やむを得ずガス流出孔１の内径を火薬の短軸径より大きくとる場合には、図２に示す如く、火薬に隣接する一枚目（図２のＢ−Ｂ断面図における右側）の多孔板にガス流出孔１を横断するようにリブ５を形成する。この時にリブ５とガス流出孔１の内壁との間隙６が火薬の短軸径より小さくなるようにすれば良い。
【００１２】
本発明においては、複数枚の多孔板の相互のガス流出孔の位置をずらして重ねることが必要である。多孔板に形成されたガス流出孔１の形状、寸法、配置位置が同一の２枚の多孔板を用いて、多孔板相互のガス流出孔１を完全に塞ぐように重ね合わせることが困難で、貫通部４が発生する場合には、貫通部４を塞ぐように、ガス流出孔１が配置された多孔板を１枚追加するか、又は、多孔板に形成されるガス流出孔１の形状、寸法、配置位置が異なる２枚の多孔板を用いて、相互のガス流出孔１が塞がるように重ね合わせることによって、貫通部４をなくすことが必要である。
【００１３】
多孔板に形成されるガス流出孔１の形状は特に円形に限定するものではないが、ガス流出孔内に粒状火薬が詰まりにくいことから円形が好ましい。また、重ね合わせようとするそれぞれの多孔板に形成されるガス流出孔１の形状、寸法、配置位置が同一であるものに限定するものでもなく、重ね合わせた時に貫通部４がなくなるようにすることが必要である。したがって、ガス流出孔１の通過流路面積の和を大きくとるために、ガス流出孔１の数は上記条件を満足する範囲内で、できるだけ多くのガス流出孔１を設けることが好ましい。
【００１４】
飛散防止用多孔板の断面図（図１のＡ−Ａ断面図）において、相互の多孔板間に形成される通過流路の面積３（図１のＡ−Ａ断面図においては、２枚の多孔板と支柱とで形成される面積である。）はガス流出孔１の一個の通過流路面積より大きくなるように多孔板相互の間隔をとることが好ましい。ガス流出孔１の大きさが異なる場合には最も大きいものより大きくなるようにすることが好ましい。この場合、多孔板の面積を出来るだけ大きくして、多孔板相互の間隔は出来るだけ小さくすることが好ましい。粒状火薬が燃焼途中にガス流出孔１の内径より小さくなりガス流出孔１の流路を通過した時に多孔板間に形成される空間に保持される時間が長くなり、それだけ火薬の飛散を抑制できるからである。
【００１５】
本発明の飛散制御用多孔板おいては、複数枚の多孔板を一定の間隔に保持していれば良く、支柱で支えても良いし、また一定の間隔で支えを設けた枠に嵌め込むようにしても良い。支柱の設ける場合、支柱の設ける場所としては、図１に示すように中心でもよいし、多孔板端部の３か所以上に支柱を設けることもできる。このように多孔板端部に支柱を設けた場合には、相互の多孔板間に形成される通過流路の面積は、飛散防止用多孔板の中心を通る断面図において２枚の多孔板で形成される面積の１／２である。
【００１６】
多孔板の重ね枚数は枚数を増やすほど火薬類が多孔板間に滞留する時間を長くとれるため、理論的にはより多くの枚数を重ね合わせることが、火薬の飛散をより効率よく抑制することを可能とするが、通常は、重ね枚数は２枚で充分であり、薬径が極めて小さいことが要求される短秒時高圧の場合でも３枚が実用的である。
多孔板の材質は鉄鋼系、ステンレス鋼等の材質から選択された金属によって形成されているが、特に使用する材質を限定するものではなく、使用される条件下の燃焼ガスの流れ等によって破壊することのない強度を有するものであれば良い。
【００１７】
また、多孔板の厚みは、使用される条件下の燃焼ガスの流れ等によって破壊することのない厚みを有するものであれば、特に限定するものではないが、通常１〜３ｍｍ厚みの多孔板が用いられる。多孔板の大きさは、モーターケースのノズルと推進薬の間に配置することから、モーターケースの内径とほぼ同じ大きさのものが用いられる。モーターケースと飛散制御用多孔板との間に火薬径以上の隙間があると未燃焼火薬類が系外へ放出することになり、見かけの単位当たりのエネルギーの低下を引き起こすことになる。
以上の通り、本発明の飛散制御用多孔板は、適用する火薬類と燃焼容器の構造により、ガス流出孔の大きさと数、多孔板の重ね間隔及び重ね枚数等を選択することができる。
短秒時ロケットモータの場合、この飛散制御用多孔板をノズルと推進薬の間に配置し、推進薬の飛散を効率よく抑制することが可能となる。
【００１８】
この場合の火薬としては、粒状推進薬、棒状推進薬、長軸方向に貫通する空隙を持つ棒状推進薬及び複数の粒状推進薬等を使用できる。ガスの流れを良くする観点より、長軸方向に貫通する空隙を持つ棒状推進薬が好ましい。該棒状推進薬の空隙部の内径は０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下がより好ましい。内径が０．３ｍｍ未満の場合は空隙部の火炎伝播が悪くなり燃焼が不安定になり、２ｍｍを超えると空間容積が多くなり嵩密度が低下してしまう。短軸径と空隙部の内径との差は、０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以上３ｍｍ以下がより好ましい。差が０．５ｍｍ未満の場合は製造性及び取扱性が悪くなる。差が４ｍｍを超える場合は１０ｍｓｅｃ以下の作動時間が得にくくなる。高充填化する場合の推進薬の装填のし易さ、ガスの流れを良くする観点より、長軸方向に貫通する空隙を持つ棒状推進薬を複数本束ねて用いることが特に好ましい。
【００１９】
棒状推進薬は砲弾あるいはロケット弾の発射または推進等に使用される無煙火薬で、所定の原材料を溶剤とともに捏和した後、圧伸機によりダイスを通して棒状に圧伸成型し、乾燥を行い製造される。詳細には工業火薬ハンドブック（共立出版）等の文献に記載されている。
図３に示すように棒状推進薬９は長軸方向に貫通する空隙７が設けらる。貫通する空隙７がない場合は、火薬の燃焼が不安定になる。更にその火炎伝播をし易くする必要がある場合は、長軸方向に貫通する空隙７に対して部分的または全長にわたって垂直方向に一端が開かれた幅０．１〜０．５ｍｍ程度のスリット８を設けることも可能である。棒状推進薬の長軸方向と姿勢制御用モータの長軸方向は同一方向に向くよう移動が制限される。
【００２０】
本発明の飛散制御用多孔板は姿勢制御モータのみではなく、火薬類の燃焼容器と多孔板の組合せにおいてならば制限なく利用でき、例えば、図５のような機軸方向にノズルを配置した短秒時作動ロケットモータ、図６のような点火薬装置、ガス発生器等、燃焼容器からの固体火薬の飛散に問題がある系に適用可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に実施例および比較例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
【実施例１】
本発明の飛散制御用多孔板を用いた短秒時作動ロケットモータの実施例を図４に示す。構造はモータケース１０の内部に燃焼室１４が形成されており、この燃焼室１４の一方側（図４に於ける左側）の側面に、スロート径φ６．５ｍｍのノズル１１が形成されている。また、燃焼室１４の内部にあってノズル１１の反対側に偏した位置に推進薬１５が充填され、この推進薬１５の近傍に点火薬装置１３が配置される。更に、ノズル１１の出口側にラプチャーディスク１２が取り付けられており、ノズル１１と推進薬１５との間に飛散制御用多孔板１６が配置されている。
【００２３】
推進薬の組成はシングルベース（Ｓ／Ｂ）で短軸径が約３ｍｍ、貫通する空隙の径が約０．６ｍｍ、長軸が約６５ｍｍ、スリット幅が約０．３ｍｍの棒状推進薬である。棒状推進薬は図３に示すように長軸方向の貫通する空隙７が設けられ、且つ、長軸方向に対して全長にわたって垂直方向に一端が開かれたスリット８を有しているものである。
飛散制御用多孔板は図２に示す構造のものを用いた。多孔板は外径が約１７ｍｍの円形で、一枚の厚みが約２ｍｍ、ガス流出孔の内径が約４．５ｍｍのものを用い、重ね間隔が約４ｍｍとなるようにして、位相を４５度ずらして２枚を重ね合わせた。材質はＳ２５Ｃ製とした。支柱の直径は約６．５ｍｍ、リブの直径は１１．５ｍｍであった。なお、本実施例においては多孔板相互のガス流通孔は完全にずれており貫通部は存在しない。
【００２４】
【実施例２】
実施例１の短秒時作動ロケットモータにおいて飛散制御用多孔板として３枚の多孔板を重ね合わせたものを用いた例である。実施例１で用いた飛散制御用多孔板に、同じ多孔板を重ね間隔約４ｍｍで、位相を４５度ずらして重ねた飛散制御用多孔板を使用した。
【００２５】
【実施例３】
ノズル１１のスロート径φが５．５ｍｍである以外は実施例１と同じ短秒時作動ロケットモータにおいて、推進薬１５に短軸径が約５．４ｍｍ、長軸が約５．６ｍｍ、貫通する空隙の直径が約０．５ｍｍ、貫通する空隙数が７つの粒状推進薬、即ち、７孔管状薬を使用した例である。
【００２６】
【比較例１】
実施例３の短秒時作動ロケットモータにおいて飛散制御用多孔板１６の代わりに従来のストレーナを用いた例である。
【００２７】
【比較例２】
実施例３の短秒時作動ロケットモータにおいて飛散制御用多孔板１６の代わりに従来の一枚の多孔板を用いた例である。
【００２８】
【比較例３】
実施例１の短秒時作動ロケットモータにおいて飛散制御用多孔板１６の代わりに従来の一枚の多孔板を用いた例である。
以上の実施例及び比較例の短秒時作動ロケットモータを用いて燃焼試験を行い、推力の測定を行った。
推力の測定方法は図８に示す如く、短秒時作動ロケットモータ２０のノズルを鉛直方向に向け、ロケットモータの重心が丁度、ノズル中心軸位置になるようにカウンターウエイト２１を接合し、更にノズル中心軸と推力計２２の中心軸が一致するようにベース２３上に固定した。尚、推力計は日本キスラー社製の水晶式ロードワッシャーを用いた。
【００２９】
推力測定結果を表１、また、多孔板の重ね枚数と相対推力の関係を図７に示す。実施例１と比較例１を比較すると判るように本発明の飛散制御用多孔板を用いた短秒時作動ロケットモータは従来のストレーナ方式と比較して、飛散制御用多孔板による火薬飛散抑制効果と棒状推進薬化による嵩密度の増加（装填される火薬量の増加）により１．１６倍の推力が得られることが確認された。
【００３０】
また、実施例３からも判るとおり、本発明の飛散制御用多孔板を用いると推進薬に粒状火薬を用いた場合でも従来のストレーナ方式と比較して１．１倍の推力が得られており、粒状火薬系でも充分な飛散抑制効果が得られることが確認された。実施例１、２及び比較例３の多孔板重ね枚数を横軸に、相対推力を縦軸にとった図７の多孔板の重ね枚数と相対推力の関係を示すグラフより、棒状推進薬を用いた本発明の短秒時ロケットモータでは二重多孔板と三重多孔板とに相対推力の差がほとんどないことが判った。従って、多孔板の重ね枚数は２枚で充分な火薬の飛散抑制効果が得られることが確認された。
【００３１】
【表１】
0003916285.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
固体火薬類の飛散を効率よく抑制できる多孔板の提供により、短秒時作動ロケットモータ等の粒状推進薬の飛散を抑制することができ、大きな推力を発生する短秒時作動ロケットモータを提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多孔板の一例を示す、（ａ）正面図と（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の多孔板の一例を示す、（ａ）正面図と（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の短秒時作動ロケットモータ用の推進薬の一例を示す正面説明図である。
【図４】本発明の短秒時作動ロケットモータの一例を示す断面説明図である。
【図５】本発明の飛散制御用多孔板を使用したロケットモータの一例を示す断面説明図である。
【図６】本発明の飛散制御用多孔板を使用した点火薬装置の一例を示す断面説明図である。
【図７】本発明の飛散制御用多孔板の重ね枚数と相対推力の関係を示すグラフ図である。
【図８】短秒時作動ロケットモータの推力測定方法を示す概要図である。
【図９】従来のストレーナを用いた短秒時作動ロケットモータの断面説明図である。
【符号の説明】
１    ガス流出孔
２    支柱
３    通過流路の面積
４    貫通部
５    リブ
６    リブとガス流出孔内壁との間隙
７    貫通する空隙
８    スリット
９    棒状推進薬
１０  モーターケース
１１  ノズル
１２  ラプチャーディスク
１３  点火薬装置
１４  燃焼室
１５  推進薬
１６  飛散制御用多孔板
１７  点火薬ケース
１８  点火具
１９  点火薬
２０  短秒時作動ロケットモータ
２１  カウンターウェイト
２２  推力計
２３  ベース
２４  ストレーナ
【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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【図６】
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【図７】
0003916285.tif 000009
【図８】
0003916285.tif 000010
【図９】
0003916285.tif 000011