(57)【要約】【課題】飛行体のスラスタにおいて、燃焼器から推薬弁への熱の伝達を抑制することで安定した燃料噴射を可能とする。【解決手段】燃料と酸化剤を噴射する噴射器１１と、噴射器１１から噴射された燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器１２と、燃料と酸化剤の供給量を調整する推薬弁１３と、推薬弁１３から噴射器１１に燃料と酸化剤を供給するキャピラリチューブ１４と、中空部５５を有して推薬弁１３と噴射器１１とを連結する複数のストラット１５とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤を噴射する噴射器と、
前記噴射器から噴射された燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器と、
燃料と酸化剤の供給量を調整する推薬弁と、
前記推薬弁から前記噴射器に燃料と酸化剤を供給するチューブと、
中空部を有して前記推薬弁と前記噴射器とを連結する複数のストラットと、
を有することを特徴とする飛行体のスラスタ。
【請求項２】
前記ストラットは、長手方向に沿って前記中空部が設けられ、前記中空部は、少なくとも長手方向の一端部が開放されていることを特徴とする請求項１に記載の飛行体のスラスタ。
【請求項３】
前記ストラットは、一端部が前記推薬弁の取付ブラケットに嵌合し、他端部が前記噴射器のケーシングに螺合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行体のスラスタ。
【請求項４】
前記取付ブラケットが飛行体に連結されることを特徴とする請求項３に記載の飛行体のスラスタ。
【請求項５】
前記ストラットは、円筒形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の飛行体のスラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星などとして使用される飛行体の姿勢制御装置を構成するスラスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飛行体のスラスタは、噴射器と燃焼器とから構成されている。そのため、タンクから供給される燃料と酸化剤を噴射器が２点衝突方式で燃焼器燃焼室部に噴射して燃焼（反応）させる。すると、この燃焼（反応）ガスがスロート部で絞られてからノズル部で拡大して超音速流れとなって外部に噴出されることで、飛行体に推進力を付与している。
【０００３】
このような飛行体のスラスタとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０２−２６２５００号公報
【特許文献２】特開２００４−０９２４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スラスタに使用される燃料は、高比推力、消費推薬量低減、作業性及び取扱性向上（推薬低毒化）、低コスト化などが望まれている。そのため、有毒なヒドラジンに代えてグリーンプロペラントと呼ばれる低毒性推薬を使用する推進系が提案されている。このグリーンプロペラントとして、ＨＡＮをベースとしたＨＡＮ系推薬があり、低凝固点、高密度、高比推力である。そのため、燃焼器の熱が推薬弁側に悪影響を与えないことが重要である。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、燃焼器から推薬弁への熱の伝達を抑制することで安定した燃料噴射を可能とする飛行体のスラスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の飛行体のスラスタは、燃料と酸化剤を噴射する噴射器と、前記噴射器から噴射された燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器と、燃料と酸化剤の供給量を調整する推薬弁と、前記推薬弁から前記噴射器に燃料と酸化剤を供給するチューブと、中空部を有して前記推薬弁と前記噴射器とを連結する複数のストラットと、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、推薬弁は燃料と酸化剤の供給量を調整し、チューブを介してこの燃料と酸化剤を噴射器に供給する。すると、噴射器は所定量の燃料と酸化剤を燃焼器内に噴射し、ここで燃料と酸化剤を燃焼させて反応させることで燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスを外部に噴出して飛行体に推進力が付与される。このとき、燃焼器は、燃料と酸化剤が燃焼するために高温となり、発生した熱が各ストラットを通して推薬弁に伝達される。ところが、各ストラットは中空部を有していることから、伝熱面積が減少すると共に放熱面積が拡大するため、燃焼器から各ストラットを通して推薬弁に伝達される熱量を抑制することができる。その結果、燃焼器から推薬弁への熱の伝達を抑制することで安定した燃料噴射を可能とすることができる。
【０００９】
本発明の飛行体のスラスタでは、前記ストラットは、長手方向に沿って前記中空部が設けられ、前記中空部は、少なくとも長手方向の一端部が開放されていることを特徴としている。
【００１０】
従って、ストラットの中空部における長手方向の端部が開放されていることで、スラスタが宇宙空間で使用されるとき、ストラットの中空部が真空状態となり、推薬弁と噴射器との間で真空断熱が可能となり、噴射器から推薬弁への熱の伝達を抑制することができる。
【００１１】
本発明の飛行体のスラスタでは、前記ストラットは、一端部が前記推薬弁の取付ブラケットに嵌合し、他端部が前記噴射器のケーシングに螺合することを特徴としている。
【００１２】
従って、ストラットの各端部を推薬弁と噴射器に容易に連結することができる。
【００１３】
本発明の飛行体のスラスタでは、前記取付ブラケットが飛行体に連結されることを特徴としている。
【００１４】
従って、取付ブラケットが飛行体に連結されることで、スラスタを容易に飛行体に連結することができる。
【００１５】
本発明の飛行体のスラスタでは、前記ストラットは、円筒形状をなすことを特徴としている。
【００１６】
従って、ストラットを円筒形状とすることで、強度の低下を抑制しながら、適正な断熱効果を確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の飛行体のスラスタによれば、推薬弁と噴射器とを連結するストラットに中空部を設けるので、燃焼器から推薬弁への熱の伝達を抑制することで安定した燃料噴射を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態の飛行体のスラスタを表す概略構成図である。
【図２】図２は、ストラットの取付構造を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る飛行体のスラスタの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２０】
図１は、本実施形態の飛行体のスラスタを表す概略構成図、図２は、ストラットの取付構造を表す断面図である。
【００２１】
本実施形態において、図１に示すように、飛行体のスラスタ１０は、例えば、人工衛星用として使用されるものである。このスラスタ１０は、噴射器１１と燃焼器１２と推薬弁１３とキャピラリチューブ（チューブ）１４とストラット１５を有している。
【００２２】
噴射器１１は、燃料と酸化剤を噴射するものである。噴射器１１は、円板形状をなすケーシング２１の一方側に突出して連結部２２が設けられると共に、他方側にリング形状をなす噴射開口部２３が形成され、噴射開口部２３から連結部２２に貫通する連結通路２４が形成されている。また、ケーシング２１は、噴射開口部２３の前端部に多数の噴射孔２５（図２参照）を有する噴射板２６が固定されている。
【００２３】
燃焼器１２は、噴射器１１から噴射された燃料と酸化剤を燃焼させるものであり、噴射器１１と一体に設けられている。燃焼器１２は、円筒形状をなすケーシング３１のフランジ部３２が噴射器１１のケーシング２１に密着し、溶接により固定されている。ケーシング３１は、内径がケーシング２１の噴射開口部２３の内径とほぼ同じ寸法に設定されており、噴射板２６に密着して触媒層３３が設けられ、メッシュ形状をなす押え板３４により位置決めされている。また、ケーシング２１は、触媒層３３（押え板３４）に隣接して燃焼室３５が設けられており、内径が縮小したスロート部３６と、スロート部３６から内径が拡大したノズル部３７が設けられている。
【００２４】
推薬弁１３は、燃料と酸化剤の供給量を調整するものである。推薬弁１３は、矩形状をなす取付ブラケット４１に固定されている。この推薬弁１３は、取付ブラケット４１を貫通する連結部４２が設けられ、この連結部４２とケーシング２１の連結部２２（連結通路２４）とがキャピラリチューブ１４により連結されている。キャピラリチューブ１４は、可撓性を有するチューブであり、推薬弁１３から噴射器１１に燃料と酸化剤を供給するものである。キャピラリチューブ１４は、中間部にループ形状をなす弛み部４３が設けてられいており、噴射器１１と推薬弁１３との位置ずれに対して追従できるように構成されている。
【００２５】
なお、図示しないが、推薬弁１３は、燃料（ＨＡＮ系推薬など）が充填されたタンクと、酸化剤（四酸化二窒素など）が充填されたタンクに接続されている。また、推薬弁１３が固定される取付ブラケット４１が飛行体（図示略）に連結される。
【００２６】
複数のストラット１５は、推薬弁１３と噴射器１１とを連結するものである。このストラット１５は、例えば、３本が正三角形をなすように配置されており、図２に示すように、一端部に若干太くなった嵌合部５１が形成され、他端部にねじ部５２が形成されている。一方、推薬弁１３が固定された取付ブラケット４１は、噴射器１１側に嵌合凹部５３が形成され、噴射器１１のケーシング２１は、推薬弁１３側にねじ穴５４が形成されている。この嵌合凹部５３とねじ穴５４は、正三角形をなすように配置されるストラット１５の連結位置に対応してそれぞれ３個ずつ形成されている。そして、各ストラット１５は、嵌合部５１が取付ブラケット４１の各嵌合凹部５３に圧入により嵌合し、ねじ部５２がケーシング２１の各ねじ穴５４に螺合する。そのため、３個のストラット１５により推薬弁１３と噴射器１１が連結される。
【００２７】
また、各ストラット１５は、内部に中空部５５を有している。この中空部５５は、ストラット１５の長手方向（軸方向）に沿って形成されている。ストラット１５は、円柱形状をなす棒材の内部に円筒形状をなす中空部５５を設けて構成されており、中空部５５がある位置では円筒形状となっている。そして、この中空部５５は、長手方向の一端部、つまり、嵌合部５１側が外方に開放され、長手方向の他端部、つまり、ねじ部５２側が外方に開放されずに閉塞されている。
【００２８】
そのため、推薬弁１３により燃料と酸化剤の供給量が調整され、キャピラリチューブ１４を介してこの燃料と酸化剤が噴射器１１に供給される。すると、噴射器１１にて、噴射開口部２３に所定量の燃料と酸化剤が供給され、燃料と酸化剤が噴射板２６の噴射孔２５を通して触媒層３３に噴射される。ここで、燃料と酸化剤が触媒層３３で燃焼して反応し、燃焼ガスが発生し、膨張して燃焼室３５に移行する。この燃焼ガスは、スロート部３６を通してノズル部３７で拡大されて超音速の流れとなり、外部に噴出されることで、スラスタ１０から飛行体に推進力が付与される。
【００２９】
このとき、燃焼器１２は、燃料と酸化剤が燃焼することで高温となり、発生した熱が噴射器１１から各ストラット１５を通して推薬弁１３に伝達されやすい。しかし、各ストラット１５は中空部５５が設けられているため、伝熱面積が減少すると共に放熱面積が拡大する。そのため、燃焼器１２から各ストラット１５を通して推薬弁１３に伝達される熱量が低減される。
【００３０】
このように本実施形態の飛行体のスラスタにあっては、燃料と酸化剤を噴射する噴射器１１と、噴射器１１から噴射された燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器１２と、燃料と酸化剤の供給量を調整する推薬弁１３と、推薬弁１３から噴射器１１に燃料と酸化剤を供給するキャピラリチューブ１４と、中空部５５を有して推薬弁１３と噴射器１１とを連結する複数のストラット１５とを設けている。
【００３１】
従って、噴射器１１が所定量の燃料と酸化剤を燃焼器１２内に噴射し、ここで燃料と酸化剤が燃焼して反応することで燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼器１２は、高温となり、発生した熱が噴射器１１から各ストラット１５を通して推薬弁１３に伝達される。ところが、各ストラット１５は中空部５５を有していることから、伝熱面積（円筒部の断面積）が減少すると共に、放熱面積（外面と内面）が拡大する。そのため、燃焼器１２（噴射器１１）から各ストラット１５を通して推薬弁１３に伝達される熱量を抑制することができる。その結果、燃焼器１２から推薬弁１３への熱の伝達を抑制することで安定した燃料噴射を可能とすることができる。また、ストラット１５に中空部５５を設けることで、軽量化することができる。
【００３２】
本実施形態の飛行体のスラスタでは、ストラット１５の長手方向に沿って中空部５５を設け、中空部５５の長手方向の一端部を開放している。従って、ストラット１５の嵌合部５１が取付ブラケット４１の嵌合凹部５３に嵌合するものの、嵌合部５１と嵌合凹部５３との間には微小の嵌合隙間が存在する。そのため、スラスタ１０が宇宙空間で使用されるとき、中空部５５内の空気が嵌合部５１と嵌合凹部５３との間との嵌合隙間から吸引されてなくなり、ストラット１５の中空部５５が真空状態となる。すると、推薬弁１３と噴射器１１とを連結するストラット１５に真空断熱部が設けられることとなり、この真空断熱により噴射器１１から推薬弁１３への熱の伝達を抑制することができる。
【００３３】
本実施形態の飛行体のスラスタでは、ストラット１５の一端部を推薬弁１３の取付ブラケット４１に嵌合し、他端部を噴射器１１のケーシング２１に螺合している。従って、ストラット１５の各端部を推薬弁１３と噴射器１１に容易に連結することができる。
【００３４】
本実施形態の飛行体のスラスタでは、取付ブラケット４１に飛行体を連結することで、スラスタ１０を容易に飛行体に連結することができる。
【００３５】
本実施形態の飛行体のスラスタでは、ストラット１５を円筒形状としている。従って、ストラット１５の外径を細くせずに円筒形状とすることで、強度の低下を抑制しながら、適正な断熱効果を確保することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、ストラット１５を円柱形状（円筒形状）としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、角柱形状（角筒形状）としてもよい。また、ストラット１５の個数は、３個に限らず、４個以上としてもよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、ストラット１５の嵌合部５１を取付ブラケット４１の嵌合凹部５３に嵌合し、ねじ部５２をケーシング２１の各ねじ穴５４に螺合したが、各端部の固定方法は、実施形態に限らず、溶接、ボルト締結、ろう付けなどを適用してもよい。また、ストラット１５の一端部を推薬弁１３側に螺合し、他端部を噴射器１１側に嵌合してもよい。
【００３８】
また、上述した実施形態では、中空部５５におけるストラット１５の嵌合部５１側を開放し、ねじ部５２側を閉塞したが、ねじ部５２側を開放し、嵌合部５１側を閉塞してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  飛行体のスラスタ
１１  噴射器
１２  燃焼器
１３  推薬弁
１４  キャピラリチューブ（チューブ）
１５  ストラット
４１  取付ブラケット
５１  嵌合部
５２  ねじ部
５３  嵌合凹部
５４  ねじ穴
５５  中空部
【図１】
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【図２】
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