(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器において、
第一のケースセグメントと、第二のケースセグメントとを含み、第一のケースセグメントが第二のケースセグメントと合わさる、複数の環状ケースセグメントを備える外側ケース構造体と、
第一のケースセグメントと関係し且つ該第一のケースセグメントの半径方向内方に配置され、相互接続表面部分を有する第一の環状ゴム層と、
第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内方に配置された第二の環状ゴム層であって、該第二の環状ゴム層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有し、また、該第二の環状ゴム層の主要本体部分と、可撓性部分とを画成し得るように該第二の環状ゴム層の厚さの一部分を亙って半径方向内面から伸びるスロットをも有し、可撓性部分が、第一の環状ゴム層の相互接続表面部分に対して当接する相互接続表面部分を有し且つ圧力容器の作動中、第一の環状ゴム層の動きに従うのに十分に可撓性である、前記第二の環状ゴム層とを備え、
前記スロットは、圧力容器から加圧されたガスを受け取ると共に、相互接続表面部分の間に圧力作動式継手を確立し得るように配置され、
相互接続表面部分の少なくとも１つが、該表面に形成された複数の凹部を有し、該凹部が、第一の環状ゴム層と第二の環状ゴム層の可撓性部分とにより包み込まれ且つ密封される、圧力容器。
【請求項２】
請求項１による圧力容器において、絶縁層の半径方向内面に配置された可燃性構造体を更に備える、圧力容器。
【請求項３】
請求項１による圧力容器において、絶縁層の半径方向内面に配置された可燃性構造体を更に備え、該可燃性構造体が、中央の孔部分と、燃焼中加圧されたガスを前記スロットに供給すると共に、相互接続表面の間に圧力作動式継手を確立するように中央の孔部分から前記スロットまで伸びる環状通路とを備える、圧力容器。
【請求項４】
請求項１による圧力容器において、凹部が複数の別個の空所を備える、圧力容器。
【請求項５】
請求項１による圧力容器において、凹部が、各々が１つの円形面を有する複数の別個の空所を備える、圧力容器。
【請求項６】
請求項１による圧力容器において、凹部が、互いに半径方向に隔てられた複数の環状溝を備える、圧力容器。
【請求項７】
請求項１による圧力容器において、相互接続表面部分の１つのみが該表面部分に形成された凹部を有する、圧力容器。
【請求項８】
請求項１による圧力容器において、相互接続表面部分の双方が該表面部分に形成された凹部を有する、圧力容器。
【請求項９】
前端及び後端を有するロケットエンジンにおいて、
第一のケースセグメントと、第二のケースセグメントとを含み、第一のケースセグメントが第二のケースセグメントと合わさり且つ第二のケースセグメントに対して後方に配置された複数の環状ケースセグメントを備えるロケットエンジン外側ケース構造体と、
第一のケースセグメントと関係し且つ該第一のケースセグメントの半径方向内方に配置され、前側を向いた面部分を有する第一の環状絶縁層と、
第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内方に配置された第二の環状絶縁層であって、該第二の環状絶縁層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有し、主要本体部分と、該主要本体部分の後方に配置された可撓性部分とを画成し得るように第二の環状絶縁層の厚さの一部分を亙って第二の環状絶縁層の半径方向内面から外方向に向けて伸びるスロットをも有し、可撓性部分が、前側を向いた面の相互接続部分に当接し且つロケットエンジンの作動中、第一の環状絶縁層の動きに従うのに十分に可撓性である後側を向いた面を有する、前記第二の環状絶縁層と、
第一及び第二の環状絶縁層の半径方向内面に配置された可燃性の推進薬粒構造体であって、中央の孔部分と、推進薬が燃焼する間、加圧されたガスを前記スロットに供給すると共に、可撓性部分の後側を向いた面と前側を向いた面の相互接続部分との間に圧力作動式継手を確立するように中央の孔部分から前記スロットまで伸びる少なくとも１つの環状通路とを有する前記可燃性の推進薬粒構造体とを備え、
第一の環状絶縁層の前方を向いた面と、第二の環状絶縁層の後側を向いた面とから成る群から選ばれた少なくとも１つの部材が、該部材に形成された複数の凹部を有し、該凹部が、第一の環状絶縁層及び第二の環状絶縁層により包み込まれる、ロケットエンジン。
【請求項１０】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、外側ケース構造体がスチールで出来ている、ロケットエンジン。
【請求項１１】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、第一のケースセグメント及び第二のケースセグメントが、Ｕ字形端部分と、柄状端部分とをそれぞれを有する、ロケットエンジン。
【請求項１２】
請求項１１によるロケットエンジンにおいて、Ｕ字形端部分が、内部にＯリングが配置される環状溝を有する、ロケットエンジン。
【請求項１３】
請求項１１によるロケットエンジンにおいて、柄状端部分が、内部にＯリングが配置される環状溝を有する、ロケットエンジン。
【請求項１４】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、第一及び第二の環状絶縁層の各々がニトリルブタジエンゴムから出来ている、ロケットエンジン。
【請求項１５】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、
第一の環状絶縁層が、相互接続部分から半径方向内方に伸びる抑止部分を備え、
第二の環状絶縁層が、主要本体部分から半径方向内方に伸びる抑止部分を備え、
環状通路が半径方向長さを有し、
第一及び第二の環状絶縁層の抑止部分が、それぞれ環状通路の両側部に配置され且つ環状通路の半径方向長さの少なくとも一部分に沿って半径方向に伸びる、ロケットエンジン。
【請求項１６】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、可燃性の推進薬粒構造体と第一及び第二の環状絶縁層の半径方向内面との間に介在させたライナーを更に備える、ロケットエンジン。
【請求項１７】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、推進薬粒構造体が複数の別個の推進薬セグメントを備える、ロケットエンジン。
【請求項１８】
請求項１７によるロケットエンジンにおいて、環状ケースセグメントの各々が、推進薬セグメントの相応する１つと関係付けられる、ロケットエンジン。
【請求項１９】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、可撓性部分の後側を向いた面と該後側を向いた面の相互接続部分との間に配置されたシーラントを更に備える、ロケットエンジン。
【請求項２０】
請求項１９によるロケットエンジンにおいて、シーラントが感圧型接着剤を備える、ロケットエンジン。
【請求項２１】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、凹部が複数の別個の空所を備える、ロケットエンジン。
【請求項２２】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、凹部が、各々が円形面を有する複数の別個の空所を備える、ロケットエンジン。
【請求項２３】
請求項９によるロケットエンジンにおいて、凹部が互いに半径方向に隔てられた複数の環状溝を備える、ロケットエンジン。
【請求項２４】
前端及び後端を有するロケットエンジンにおいて、
第一のケースセグメントと、第二のケースセグメントとを含み、第一のケースセグメントが第二のケースセグメントと合わさり且つ該第二のケースセグメントに対して配置された複数の環状ケースセグメントを備えるロケットエンジン外側ケース構造体と、
第一のケースセグメントと関係し且つ該第一のケースセグメントの半径方向内方に配置され、前側を向いた面を有する第一の環状絶縁層と、
第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内方に配置された第二の環状絶縁層であって、該第二の環状絶縁層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有し、主要本体部分と、該主要本体部分の後方に配置された可撓性部分とを画成し得るように第二の環状絶縁層の厚さの一部分を亙って第二の環状絶縁層の半径方向内面から外方向に向けて伸びるスロットをも有し、可撓性部分が、ロケットエンジンの作動中、第一の環状絶縁層の動きに従うのに十分に可撓性である後側を向いた面を有する、前記第二の環状絶縁層と、
第一及び第二の環状絶縁層の少なくとも一方により受け入れられて、前方を向いた面に当接する第一の面と、該第一の面に対向し且つ可撓性部分の後側を向いた面と当接する第二の面とを有する環状の密封挿入体であって、貫通するように形成された複数の実質的に軸方向通路を有し、該通路が、その端部にて第一の環状絶縁層の前方を向いた面により及び第二の環状絶縁層の後側を向いた面により密封される、前記環状の密封挿入体と、
第一及び第二の環状絶縁層の半径方向内面に配置された可燃性の推進薬粒構造体であって、中央の孔部分と、推進薬が燃焼する間、加圧されたガスを前記スロットに供給すると共に、圧力作動式継手を確立し得るように中央の孔部分から前記スロットまで伸びる少なくとも１つの環状通路とを有する前記可燃性推進薬粒構造体とを備える、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、合わさった物体の密封継手に関する。特に好ましい１つの実施の形態において、本発明は、圧力作動式継手、特に、再使用可能な固体ロケットエンジンのような固体ロケットエンジンの圧力作動式継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
再使用可能な固体ロケットエンジン（ＲＳＲＭ）の設計は、多くのロケットの分野にて見ることができ、多分、最も既知の用途は、スペースシャトルの２つの固体ロケット昇圧器を使用するものであろう。スペースシャトルの固体ロケット昇圧器は、スペースシャトルの主要外部タンクの両側部に取り付けられる。打上げ台において、２つの固体ロケット昇圧器、特に、昇圧器のケースが外部タンクの全重量を構造的に支持し、旋回し且つ重量の荷重をそれらの構造体を通じて可動の打上げプラットフォームに伝達する。共に、固体ロケット昇圧器は、スペースシャトルをその可動の打上げプラットフォームから打上げ且つ外部タンクから切り離し且つ分離する前に、約４８００ｋｍ／時（３，０００マイル／時）以上までその乗物を加速するのに寄与するのに必要とされる推進力の大部分を提供する。
【０００３】
図１には、スペースシャトル乗物のＲＳＲＭの一例が図示されている。ＲＳＲＭは、全体として、図１に参照番号１０で図示されている。ＲＳＲＭ１０は、図１に図示するように、現場の継手１２及び工場の継手１４により互いに接続された複数の脱着可能なセグメント部分を備えている。「現場の継手」という語は、工場又は現場の何れかにて組み立てることのできる継手を表わすためロケット分野にて一般に使用されている。現場の継手１２及びセグメント化の設計は、ＲＳＲＭ１０の輸送、取り扱い、回収、整備、組み立て及び製造時に最大の自由度を提供する。例えば、固体ロケットエンジンのセグメント化は、推進薬の配列手順を促進し且つ組み立てたＲＳＲＭ１０を運ぶことのできない重荷重鉄道貨車にて大型のセグメントを輸送することを許容する。
【０００４】
図２には、ＲＳＲＭ１０を分解図で示すことにより、スペースシャトル乗物のＲＳＲＭ１０の各々の主要なセグメントが図示されている。ＲＳＲＭ１０の前端から後端にかけて、ＲＳＲＭ１０は、先端キャップ３０と、前側分離エンジンを保持する截頭前側キャップ３２と、前側スカート部３４と、前側セグメント２０と、前側中央セグメント２２と、後側中央セグメント２４と、後側セグメント２６と、出口円錐体３６と、後側スカート部３８とを備えている。前側セグメント２０、前側中央セグメント２２、後側中央セグメント２４、及び後側セグメント２６の各々は、中央の有孔の推進薬粒構造体４０として図示した固体推進薬粒構造体を保持している。前側セグメント２０は、また、中央の有孔の推進薬粒構造体４０の前端に取り付けられた着火器組立体（図１及び図２に図示せず）も保持している。
【０００５】
ＲＳＲＭ１０は、中央の有孔の推進薬粒構造体４０を取り巻く外側ケース（図１及び図２に番号無し）を有している。推進薬粒構造体４０と同様に、外側ケースもセグメント化した設計である。特に、セグメント２０、２２、２４、２６の各々は、推進薬粒構造体４０のセグメント化した部分を保持する相応する環状の外側ケースセグメントを有している。図１及び図２から明らかでないが、絶縁層及びライナー層が推進薬粒構造体４０と外側ケースセグメントの各々の間にて半径方向に介在させてある。絶縁層は、推進薬粒構造体４０が燃焼する間に発生された熱及び粒子の流れから外側ケースを保護する。ライナーは、推進薬粒構造体４０を外側ケースの絶縁部分及び（又は）任意の非絶縁部分に接合する。その接合機能に加えて、ライナーは、また、燃焼する推進薬粒４０の接近する火炎前面を阻止し且つ燃焼ガス又は液体が外側ケースに漏洩するのを防止するのに寄与するという更なる機能も果たすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高温の燃焼ガスが絶縁体を経て逃げて外側ケースに達するのを防止するため、接続したセグメント、すなわち、セグメント２０、２２の間、セグメント２２、２４の間、及びセグメント２４、２６の間の現場の継手１２に対し特別な注意を払わなければならない。燃焼ガスが絶縁体に侵入することは、極めて危険な状態を生じさせる可能性がある。
【０００７】
このように、特に、スペースシャトルのＲＳＲＭのような、有人の乗物のロケットエンジン構造部品のような、ロケットエンジンの現場の継手を常に改良することは当該技術分野で極めて有益であり且つ一般の利益ともなる。
【０００８】
このため、本発明の目的の１つは、合わさった２つの物体の境界部にて密封継手を実現するのに適した圧力作動式の継手システムを提供することである。この目的に関して、ロケットエンジンのような、高い内部圧力を発生させることのできる圧力容器内にて使用するのに適した圧力作動式の継手システムを提供することが特に有益であろう。
【０００９】
本発明の更なる目的は、セグメント間の境界部の少なくとも１つが、本発明の圧力作動式の継手システムにて密封された、現場の継手の如き継手を備える、複数のセグメントから成る圧力容器を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、ロケットエンジンのセグメント間の合わさる境界部の少なくとも１つが、本発明の圧力作動式の継手システムにて密封された、現場の継手の如き継手を備える、複数のセグメントから成る再使用可能な固体ロケットエンジンの如きロケットエンジンを提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的及び有利な点は、以下の説明に記載されており、また一部分は、その説明から明らかになり又は本発明の実施により理解することができる。本発明の目的及び有利な点は、特許請求の範囲に記載された具体化及び組み合わせによって実現することができる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を実現するため、また、具体化され且つ本明細書に広く記載した本発明の目的に従って、本発明の第一の特徴による圧力容器は、外側ケース構造体と、第一の環状ゴム層と、第二の環状ゴム層とを備えている。外側ケース構造体は、第一のケースセグメント及び第二のケースセグメントを含み、第一のケースセグメントが第二のケースセグメントと合わさる、複数の環状ケースセグメントを備えている。第一の環状ゴム層が第一のケースセグメントと関係し、該第一のケースセグメントの半径方向内側に配置されている。第一の環状ゴム層は相互に接続する表面部分を有している。第二の環状ゴム層が第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内側に配置されており、該第二の環状ゴム層は、第二の環状ゴム層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有している。第二の環状ゴム層はまた、第二の環状ゴム層の厚さの一部分を亙って半径方向内面から伸びて、主要本体部分と、第二の環状ゴム層の可撓性部分とを画成するスロットも有している。該可撓性部分は第一の環状ゴム層の相互に接続する表面部分に当接する相互に接続する表面部分を有し、また、圧力容器が作動する間、第一の環状ゴム層の動きに従うのに十分に可撓性である。スロットは、圧力容器から加圧されたガスを受け取ると共に、相互に接続する表面部分の間に圧力作動式の継手を実現し得るように配置されている。相互に接続する表面部分の少なくとも１つは該部分に形成された複数の凹部を有しており、これらの凹部は、第一の環状ゴム層及び第二の環状ゴム層の可撓性部分により包み込まれ且つ密封されている。
【００１３】
その他の目的を実現するため、また、具体化され且つ本明細書に広く記載された本発明の目的に従って、本発明の第二の特徴によるロケットエンジンが提供される。該ロケットエンジンは、複数の環状ケースセグメントを含むロケットエンジンの外側ケース構造体を備えている。ケースセグメントは、第一のケースセグメントと、第二のケースセグメントとを含む。第一のケースセグメントは、第二のケースセグメントと合わさり且つ該第二のケースセグメントに対して後方に配置されている。ロケットエンジンは、第一の環状絶縁層と、第二の環状絶縁層とを更に備えている。第一の環状絶縁層は、第一のケースセグメントと関係し且つ該第一のケースセグメントの半径方向内方に配置されている。第二の環状絶縁層は、第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内方に配置されている。また、第二の環状絶縁層は、該第二の環状絶縁層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有している。スロットが第二の環状絶縁層の厚さの一部分を亙って第二の環状絶縁層の半径方向内面から外方向に伸びて、主要本体部分と、該主要本体部分の後方に配置された可撓性部分（指状体）とを画成する。第二の環状絶縁層の可撓性部分は、第一の環状絶縁層の前方を向いた面の相互に接続する部分に当接する後方を向いた面を有している。該可撓性部分は、ロケットエンジンが作動する間、第一の環状絶縁層の動きに従うのに十分に可撓性である。第一の環状絶縁層の前方を向いた面及び（又は）第二の環状絶縁層の後方を向いた面に凹部が形成されている。第一の環状絶縁層及び第二の環状絶縁層が共に該凹部を包み込む。
【００１４】
可燃性の推進薬粒構造体が第一及び第二の環状絶縁層の半径方向内面に配置されている。推進薬粒構造体は、中央の孔部分と、推進薬が燃焼する間、加圧されたガスをスロットに供給すると共に、可撓性部分の後方を向いた面と前方を向いた面の相互接続部分との間に圧力作動式の継手を実現すべく中央の孔部分からスロットまで伸びる少なくとも１つの環状通路とを有している。
【００１５】
その他の目的を実現しまた、具体化され且つ本明細書に広く記載した本発明の目的に従い、本発明の第三の特徴によるロケットエンジンが提供される。該ロケットエンジンは、ロケットエンジンケース構造体と、第一及び第二の環状絶縁層と、環状密封挿入体と、推進薬粒構造体とを備えている。ロケットエンジンの外側ケース構造体は、第一のケースセグメント及び第二のケースセグメントを含み、第一のケースセグメントが第二のケースセグメントと合わさり且つ該第二のケースセグメントの後方に配置された、複数の環状ケースセグメントを備えている。第一の環状絶縁層は、第一のケースセグメントと関係し且つ該第一のケースセグメントの半径方向内方に配置されている。第一の環状絶縁層は前方を向いた面を有している。第二の環状絶縁層は、第二のケースセグメントと関係し且つ該第二のケースセグメントの半径方向内方に配置され、また、該第二の環状絶縁層は、第二の環状絶縁層の半径方向内面と半径方向外面との間に画成された厚さを有している。第二の環状絶縁層は、また、主要本体部分及び可撓性部分を画成し得るように第二の環状絶縁層の厚さの一部分を亙って第二の環状絶縁層の半径方向内面から外方に向けて伸びるスロットも有している。該可撓性の部分は主要本体部分の後方に配置されている。可撓性部分は、後方に面した面を有し且つロケットエンジンの作動中、第一の環状絶縁層の動きに従うのに十分に可撓性である。環状密封挿入体が第一及び第二の環状絶縁層の少なくとも一方によって受け取られ、また、前方を向いた面に当接する第一の面と、該第一の面と対向し且つ可撓性部分の後方を向いた面に当接する第二の面とを有している。複数の実質的に軸方向通路が環状密封挿入体に形成されている。第一の環状絶縁層の前方を向いた面及び第二の環状絶縁層の後方を向いた面は通路の端部を密封する。可燃性の推進薬粒構造体が第一及び第二の環状絶縁層の半径方向内面に配置されている。推進薬粒構造体は、中央の孔部分と、該中央の孔部分からスロットまで伸びる少なくとも１つの環状通路とを有している。該通路は、推進薬が燃焼する間スロットに加圧されたガスを供給し且つ圧力作動式の継手を実現する。
【００１６】
添付図面は、本明細書の一部に組み込まれその一部を構成するものである。図面は、上記の全体的な説明及び以下に記載する好ましい実施の形態及び方法の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する役目を果たす。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面の全体を通じて同様の又は相応する部品を同様の参照符号で表示する、添付図面に図示した本発明の現在の好ましい実施の形態及び方法について詳細に説明する。しかし、本発明はそのより広い特徴において、具体的な詳細、代表的な装置及び方法、好ましい実施の形態及び方法に関して図示し且つ本明細書に記載した一例としての実施の形態にのみ限定されるものではないことを理解すべきである。その色々な特徴による本発明は、本明細書と共に読むべき特許請求の範囲及び適宜な等価物に特定的に記載され且つ明確に権利が主張されている。
【００１８】
本明細書及び特許請求の範囲に使用するように、単数の表現は、文言上、明確に別段のことを示さない限り、複数も含むものであることを理解すべきである。図３Ａには、本発明の１つの好ましい実施の形態による圧力作動式の継手システムを保持するロケットエンジン１００が図示されている。図示したロケットエンジン１００は、前側セグメント１２０と、前側中央セグメント１２２と、後側中央セグメント１２４と、後側セグメント１２６とを備えている。これらのセグメント１２０、１２２、１２４、１２６は、集合的に、中央の有孔推進薬粒構造体１４０として図示した固体推進薬粒構造体を保持する。前側セグメント１２０は着火装置組立体１２１を保持することができる。好ましく且つ図示した実施の形態によれば、セグメント１２０、１２２、１２４、１２６の各々は推進薬粒構造体１４０の一部分すなわちセグメントを収容している。本発明の現場の継手は、多様な推進薬配合法と共に使用することができる。一例として、スペースシャトルの固体ロケット昇圧器の各々にて使用される１つの代表的な推進薬配合法は、過塩素酸酸化剤、アルミニウム燃料、酸化鉄の燃焼速度触媒、ポリマーバインダ（ポリブタジエン−アクリロニトリル−アクリル酸ターポリマー（ＰＢＡＮ））及びエポキシ硬化剤を含む。
【００１９】
図３Ｂ乃至図３Ｄには、それぞれ、前側セグメント１２０を前側中央セグメント１２２に接続する前側の現場の継手１１２と、前側中央セグメント１２２を後側中央セグメント１２４に接続する中央の現場の継手１１２ａと、後側中央セグメント１２４をロケットエンジン１００の後側セグメント１２６に接続する後側の現場の継手１１２ｂとが図示されている。全体として、現場の継手１１２、１１２ａ、１１２ｂの各々は実質的に同一であり、絶縁構造体及び推進薬の配合法の点で一般的ではあるが、選択可能な軽微な改変が加えられている。かかる改変は、推進薬粒の所望の燃焼プロフィールのような色々なファクターに依存するものとすることができ、また、不当な実験を必要とせずに当該技術分野の当業者が案出可能なものである。
【００２０】
図３Ｅ、図４、図５、図６Ａ及び図６Ｂは、前側セグメント１２０及び前側中央セグメント１２２を接続する、図３Ｂに図示した前側の現場の継手１１２の異なる図である。図３Ｅ、図４、図５、図６Ａ及び図６Ｂに図示するように、現場の継手１１２における外側ケース構造体は、前側ケースセグメント１４４と、前側中央ケースセグメント１４６とを備えている。外側ケース構造体を形成するセグメントの各々は、ニッケル、マンガン、クロム及びモリブデンを含む中級炭素鋼のようなロケットエンジン分野にて信頼性が実証されている従来及び（又は）新規なケース材料から成るものとすることができる。ケースセグメント１４４、１４６は、適宜な合わせ手段により共に合わせることができる。例えば、図示した実施の形態において、前側ケースセグメント１４４は、柄状端部分を有する一方、前側中央ケースセグメント１４６はＵ字形端部分を有している。前側ケースセグメント１４４の柄状端部分及び前側中央ケースセグメント１４６のＵ字形端部分は図４及び図５にて合わさり係合状態で図示されている。前側中央セグメント１２２と前側後側セグメント１２４とを係合させるため、中央の現場の継手１１２ａ（図３Ｃ）にて、及び前側後側セグメント１２４と後側セグメント１２６とを係合させるため後側の現場の継手１１２ｂ（図３Ｄ）にて同様の部品及び合わせ構造体を使用することができる。
【００２１】
前側ケースセグメント１４４の柄状端部分は、主要本体部分１５０を備えている。柄状端部分の捕捉脚部１５２が主要本体部分１５０から軸方向に伸びている。柄状端部分はまた、主要本体部分１５０から実質的に軸方向に伸び且つ捕捉脚部１５２内で半径方向に隔てられた捕捉作用部１５４も有している。捕捉作用部１５４は環状のＯリング溝１５６を画成する外面１５４ａを有している（図６Ａ）。その１つを図６Ａに図示し且つ参照番号１５８で示した複数の開口が前側ケースセグメント１４４の周りで互いに周縁方向に隔てられ且つ捕捉脚部１５２を貫通して伸びている。
【００２２】
前側中央ケースセグメント１４６のＵ字形端部分は、主要本体部分１６０を備え、外側分岐部１６２及び内側分岐部１６４が該主要本体部分１６０から実質的に軸方向に伸びている。図６Ｂに図示するように、内側分岐部１６４の外面１６４ａは環状のＯリング溝１６５、１６６を画成する。その１つを図６Ｂに図示し且つ参照番号１６８で表示する複数の開口が前側中央ケースセグメント１４６の周りで互いから周縁方向に隔てられ且つ外側分岐部１６２を貫通して内側分岐部１６４内に伸びている。
【００２３】
図４及び図５に図示した合わさる配置において、捕捉脚部１５２は外側分岐部１６２と内側分岐部１６４との間にて挟持される。補足作用部１５４が前側中央ケースセグメント１４６のＵ字形端部分の内側分岐部１６４の上方に位置する。捕捉作用部１５４は前側中央ケースセグメント１４６のＵ字形端部分が前側ケースセグメント１４４の柄状端部分から離れる方向に移動するのを制限し、これにより継手の回転を制限する。合わさり係合状態において、ケースセグメント１４４、１４６の複数対の開口１５８、１６８は整合する。ケースセグメント１４４、１４６を係止して合わさり係合させるため、各組の整合した開口１５８、１６８内にはそれぞれの支承ピン１７０が受け入れられている。スペースシャトルのＲＳＲＭはピン１７０の各々が非鉄ニッケル−コバルト合金で出来た、１７７個もの多数の支承ピン１７０を保持することができる。図５に図示するように、ピン１７０の各々は外側分岐部１６２の外径の外側に配置されたそれぞれの蟻継ぎ部分１７０ａを有している。この蟻継ぎ部分１７０ａの配置は、該蟻継ぎ部分１７０ａが高応力領域の外側に位置しているため、ピン１７０に加える応力を軽減する。リテーナバンド１７２が外側分岐部１６２の外面１６２ａの周りに巻かれて且つ支承ピン１７０の上方に位置し、支承ピン１７０を所要位置に固着する。捕捉脚部１５２の外面１５２ａと外側分岐部１６２の内面１６２ｂとの間にシム１７４が挿入されている。該シム１７４は、ピン１７０の各々の周りでクリップ止めされ、エンジンケースの周縁の周りでＯリングシールに対する均一な空隙を保証する。これにより、該シム１７４は、現場の継手１１２を安定化させ且つＯリング溝１５６、１６５、１６６の寸法を制御することに役立つ。
【００２４】
捕捉Ｏリング１８０、主としてＯリング１８２及び二次的Ｏリング１８４がそれぞれＯリング溝１５６、１６５、１６６内に座している。これらのＯリング１８０、１８２、１８４を受け入れる溝１５６、１６５、１６６はシールを提供し得るようにＯリング１８０、１８２、１８４を圧縮（圧搾）状態に保ち得るような寸法とされている。柄状端部分の捕捉脚部１５２は、通気ポート１８６と、主要Ｏリング１８２及び二次的Ｏリング１８４と緊密に関係した漏洩検査ポート１８８とを有している。通気ポート１８６は、さもなければ、組み立て中に捕捉作用部と主要Ｏリングとの間に取り込まれるであろう空気を解放することを可能にする。また、通気ポート１８６、１８８はＯリングの漏洩試験を可能にし、また、着火時、主要Ｏリング１８２を適正な密封方向に適正に配置することを保証する。図示しないが、現場の継手の各位置にエンジンケースの周りに選択的に取り付けられるヒータは、例えば、少なくとも約２４℃（７５°Ｆ）の温度に継手の温度を保ち得るように恒温状態に制御することができる。
【００２５】
前側中央（第一）の環状絶縁層２００は、前側中央ケースセグメント１４６と関係し且つ該セグメント１４６の半径方向内方に配置されている。前側中央環状絶縁層２００は、前方を向いた表面２００ａ（図６Ｂ）と、半径方向内面２００ｂ（図４）とを有している。
【００２６】
前側（第二）環状絶縁層１９０は、前側ケースセグメント１４２と関係し且つ該セグメント１４２の半径方向内方に配置されている。前側環状絶縁層１９０は、その半径方向内面１９０ｂと半径方向外面１９０ｃとの間に画成された厚さを有している（図６Ａ）。半径方向外側部分と拡がった端末部分とを有する通気口無しの偏向逃がしスロット１９２が半径方向内面１９０ｂから前側環状絶縁層１９０の厚さの一部分を横断して外方向に伸びている。スロット１９２は、前側環状絶縁層１９０を主要本体部分１９４と、該主要本体部分１９４の後側に配置された（但し、該主要本体部分に一体に接続されている）可撓性の指状体部分１９６とに分割する。可撓性の指状体部分１９６は、実質的に「Ｊ」字形断面と、前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた面２００ａの相互接続部分に当接する後側を向いた面１９０ａとを有している。指状体部分１９６は、ロケットエンジン１００の作動中、前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた面２００ａの相互接続部分の動きに従うのに十分に可撓性である。
【００２７】
図６Ａを参照すると、前側環状絶縁層１９０の可撓性の指状体部分１９６は撓んだ位置にて製造することができる。合わさったとき、指状体部分１９６の弾性的な性質は後側を向いた面１９０ａを前方を向いた面２００ａの相互接続部分に向けて押す。
【００２８】
絶縁層１９０、２００は、ロケットエンジンケースを推進薬粒構造体１４０の燃焼によって発生された粒子流の熱効果及び腐食効果から保護する。典型的に、絶縁層１９０、２００は、外側ケースセグメント１４２、１４４の内面に接合されている。絶縁層１９０、２００は、硬化したとき、推進薬粒構造体１４０が燃焼する間に発生された高温度ガス及び腐食性粒子に耐えることができる組成物にて一般に製造されている。絶縁層１９０、２００は、同一又は異なるものとし、また、例えば、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）又はエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴムから成るものとすることができる。ゴムの配合方法は、アスベスト、二酸化けい素、及び（又は）炭素繊維のようなフィラー材を含むことができる。典型的に、未硬化の絶縁体をＲＳＲＭセグメント内にてレイアップし、ケースセグメント１４４、１４６上に加硫処理する。ケミロック（ＣＨＥＭＬＯＣＫ）（登録商標名）プライマー及びケミロク（ＣＨＥＭＬＯＫ）（登録商標名）接着剤のような適宜な接合システムを使用して絶縁体をケース構造体に接合することができる。
【００２９】
可燃性の推進薬粒構造体１４０と前側環状絶縁層１９０の半径方向内面１９０ｂとの間にはライナー１９５がある。可燃性の推進薬粒構造体１４０と前側中央環状絶縁体２００の半径方向内面２００ｂとの間には別のライナー２０２が介在されている。ライナー１９５、２０２は、推進薬粒構造体１４０をそれぞれ絶縁層１９０、２００に接合し且つケース構造体の任意の非絶縁内面部分（図示せず）に接合する機能を果たす。ライナー１９５、２０２はまた、典型的に、ライナー対絶縁体の相互接続表面にて絶縁体１９０、２００の燃焼を阻止する融除機能も有する。当該技術分野の当業者は、ライナーを作成するための適宜な組成及び作成技術を認識可能である。一例としてのライナーの組成は、次の通りである、すなわち、抗酸化剤と共に、バインダ、カルボキシル基端末接続ポリブタジエンポリマー、硬化剤、１−（２メチルアジリジニルホスフィン酸化物（ＭＡＰＯ））及びエポキシ樹脂液体、フィラー、アスベスト、チキソトロピック紛体、改質したひまし油（ＴＨＩＸＣＩＮ  Ｅ）、硬化触媒、鉄ヘキソン塩基である。
【００３０】
図４に参照番号１９９で示したように、推進薬の応力除去フラップは、絶縁体−ライナー−推進薬の結合線の負荷を軽減するため提供することができる。これら負荷は、推進薬の硬化、熱収縮、初期ブレイクオーバー（ｂｒｅａｋｅｏｖｅｒ）、貯蔵、輸送及びＲＳＲＭの加圧の間に推進薬粒の端末面に沿って生じる。フラップ１９９は、図３Ｂ乃至図３Ｅ及び図４に図示するように、ケーシングセグメントの各々の後端に配置することができる。
【００３１】
図示した実施の形態において、推進薬粒構造体１４０は、中央の孔部分と、複数の環状通路すなわちギャップ２０４とを有している。環状通路２０４の各々は現場の継手のそれぞれ１つに配置されている。図４に図示した環状通路２０４は、推進薬粒構造体１４０の中央の孔部分から偏向逃げスロット１９２まで半径方向外方に伸びている。
【００３２】
また、この実施の形態において、各々が環状の半径方向ディスクの形状とされた抑止層１９３、２０３も図示されている。図４において、抑止層１９３、２０３は、環状通路２０４の両側部に配置されまた、推進薬が部分的に硬化した後に付与することができる。抑止層１９３、２０３は推進薬粒構造体１４０を熱から保護し且つ粒の着火を制御するために使用することができる。抑止層１９３、２０３を形成するのに適した材料の例は、ＮＢＲ及びカルボキシル基端末接続ポリブタジエン共重合体を含む。抑止層１９３、２０３は、例えば、アスベストのようなフィラーの如きその他の成分を含むこともできる。抑止層１９３、２０３は、推進薬１４０に接合し且つ該推進薬１４０と同時に硬化する設計とすることができる。図３Ｂ乃至図３Ｄを比較することにより示すように、現場の継手の各々の抑止層は、ロケットエンジンの所望の特定の燃焼プロフィールに依存して、同一とし又は互いに異なる設計とすることができる。
【００３３】
現場の継手の各々の合わさる絶縁体の面は、感圧型接着剤の細い接合線により接合することができる。より具体的には、前側環状絶縁層１９０の後側を向いた面１９０ａと前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた面２００ａとの境界部に接着剤を提供することができる。
【００３４】
エンジンを着火させ且つエンジンが作動する間、推進薬粒構造体１４０の燃焼により発生された加圧されたガスは、環状通路２０４に沿って偏向逃がしスロット１９２に供給される。加圧されたガスは、偏向逃がしスロット１９２を充填し且つ可撓性の指状体部分１９６の後壁１９６ａ（図６Ａ）を含む、スロット１９２の壁に対し負荷を与える。スロット１９２の加圧は、可撓性の指状体部分１９６の後側を向いた面１９０ａを前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた面２００ａに対して押し付ける。理論上、これにより、前側環状絶縁層１９０の後側を向いた面１９０ａと前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた面２００ａとの間に、加圧されたシールが形成される。このように、可撓性の指状体部分１９６は、高温の燃焼ガスが主要Ｏリング１８２に達するのを防止する圧力作動式フラップとして機能する。
【００３５】
これと同時に、指状体部分１９６の可撓性は、継手絶縁体が継手の動作に対応することを可能にすることにより、応力逃がし機構を提供する。特に、指状体部分１９６は、着火及び徐々に消えるときのような高応力状態の間、前側中央環状絶縁層２００の合わさる前方を向いた面２００ａの動作を追跡するのに十分に可撓性である。
【００３６】
図７に図示した本発明の１つの好ましい実施の形態によれば、凹部２２０が小室又は空所として現場の継手１１２に形成される。図７において、これら空所２２０の各々は、前側中央環状絶縁層２００の前方を向いた表面部分２００ａに形成されている。自由容積の幾何学的形態は、エンジンの作動中、ガスをスロット１９２内に強制的に送り込んだときに実現されるような、指状体部分１９６の背圧加圧状態のとき、空所２２０内で密封された空気の容積が顕著に変化しないようなものとする。その結果、空所２２０内の圧力は、顕著に変化しない。これにより、指状体部分１９６の両面の圧力差が確立される。
【００３７】
これらの凹部が存在しない従来の継手において、指状体部分１９６が高温の燃焼ガスの侵入を防止する能力は、継手シーラントとして使用される感圧型接着剤の性質に依存することが分かっている。指状体部分１９６が真の圧力作動式継手を構成するならば、理論上、継手シーラントの性質は、継手の振舞いに顕著に影響を与えない。このことは、凹部が存在しないとき、現場の継手の指状体部分１９６が圧力作動式システムとして完全には振舞うことができないことを意味する。
【００３８】
継手内に自由容積を導入するときの有害な効果を回避するため、自由容積は図７の別個の空所又は小室として形成される。このため、ガス経路が継手１１２に貫入するという稀な場合、同時に損なわれるのは自由容積の単一の空所のみであろう。１つの空所２２０又は幾つかの空所２２０が機能しなくなっても依然として圧力作動状態にあるその他の空所２２０に影響を与えない。図８には、２列の空所２２０が図示されているが、１列又は３列又はより多数の列が採用可能であることを理解すべきである。また、凹部２２０を１つのパターンにて配置することも可能である。これと代替的に、空所２２０を非線形に又は不規則的な配置状態にて隔ててもよい。
【００３９】
図８に図示するように、凹部２２５は、これと代替的に、前側環状絶縁層１９０の後側を向いた面１９０ａに形成してもよい。また、前側を向いた面２００ａ及び後側を向いた面１９０ａの双方に凹部２２０、２２５を形成することも可能である。凹部２２０、２２５が前側を向いた面２２０ａ及び後側を向いた面１９０ａの双方に存在する場合、凹部２２０、２２５は互いに対し、ずらすこと（すなわち、重なり合わない状態）が好ましい。
【００４０】
凹部２２０の形状及び構造は空所のそれに制限する必要がないことを理解すべきである。例えば、凹部２２０は、多角形、細長、又は不規則断面形状を有するようにすることができる。凹部２２０は、全て同一又は互いに相違する形状とし、また、それぞれの深さに沿って不均一な断面であるようにすることもできる。図９には、凹部が前側を向いた面２００ａに形成された複数の平行な溝２３０の形態とされる、本発明の１つの実施の形態が図示されている。
【００４１】
図１０には、前側中央絶縁体２００が環状密封挿入体２４０を受け入れる環状溝（番号無し）を有する本発明の更に別の実施の形態が図示されている。挿入体２４０は、貫通して伸びる軸方向通路２４２を有している。通路２４２の端部は、前側中央環状絶縁層２００の前側を向いた面２００ａ（溝の面）及び前側環状絶縁層１９０の後側を向いた面１９０ａによりそれぞれ取り囲まれている。軸方向通路２４２は、図示した実施の形態にて、円筒体の形態とされているが、軸方向通路は、同一又は互いに相違する形状とし、又は例えば、多角形又は不規則的断面であるようにすることもできることを理解すべきである。また、軸方向通路２４２は、その長さに沿った寸法が均一である必要もない。また、軸方向通路２４２の一部分が半径方向ベクトルを有することも本発明の範囲に属する。
【００４２】
本発明の範囲に属する１つの代替的な実施の形態は、挿入体２４０を受け入れるため、前側環状絶縁体１９０に環状溝を提供することを備える。更に別の代替的な実施の形態は、それぞれの通路に対し前側及び前側中央環状絶縁層１９０及び２００の各々を提供することと、挿入体２４０を層１９０、２００の通路の双方に部分的に受け入れることとを備えている。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態は、図示し且つ説明のために上記の詳細な説明に記載したものであり、本発明を開示された実施の形態に限定し又は制限することを意図するものではない。これらの実施の形態は、本発明の原理及びその実際的な適用例を最も良く説明し、これにより、当該技術分野のその他の当業者が本発明を理解し且つ色々な実施の形態及び目的とする特定の用途に合うように色々な改変を加えることを可能にし得るようにしたものである。本発明の範囲は特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる色々な改変例及び等価物を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の現場の継手を保持する従来の再使用可能な固体ロケットエンジンの斜視図である。
【図２】図１の固体ロケットエンジンの分解斜視図である。
【図３】３Ａは、本発明の１つの好ましい実施の形態に従って製造された圧力作動式の継手システムを有する現場の継手を備える固体ロケットエンジンの部分切欠き図である。
３Ｂは、図３Ａに図示した現場の継手の１つの断面図、特に、図３Ａの固体ロケットエンジンの前側セグメント及び前側中央セグメントを接続する前側の現場の継手の断面図である。
３Ｃは、図３Ａに図示した現場の継手の別のものの断面図、特に、図３Ａの固体ロケットエンジンの前側中央セグメント及び後側中央セグメントを接続する中央の現場の継手の断面図である。
３Ｄは、図３Ａに図示した現場の継手の更に別のものの断面図、特に、図３Ａの固体ロケットエンジンの後側中央セグメント及び後側セグメントを接続する後側の現場の継手の断面図である。
３Ｅは、図３Ｂの前側の現場の継手の拡大図である。
【図４】現場の継手を更に詳細に示す、図３Ｂ及び図３Ｅの現場の継手の別の拡大断面図である。
【図５】図４に図示した現場の継手の合わさったケースセグメントの独立図である。
【図６】６Ａは、非係合状態にあるケースセグメントを示す、図４の現場の継手のケースセグメントの独立図である。
６Ｂは、非係合状態にあるケースセグメントを示す、図５の現場の継手のケースセグメントの独立図である。
【図７】本発明の１つの好ましい実施の形態による絶縁体の相互接続表面部分に別個の空所を備える凹部を示す、図４の現場の継手の一部切欠き図である。
【図８】本発明の別の好ましい実施の形態による絶縁体の対向する相互接続表面部分にある別個の空所を示す断面図である。
【図９】互いに半径方向に隔てられた環状溝の形態とされた凹部を示す、図７と同様の部分切欠き図である。
【図１０】本発明の更に別の好ましい実施の形態に従い形成された複数の実質的に軸方向通路を有する、環状密封挿入体を示す、図７と同様の部分切欠き図である。
【符号の説明】
１０  ＲＳＲＭ                    １２  現場の継手
１４  工場の継手                  ２０  前側セグメント
２２  前側中央セグメント          ２４  後側中央セグメント
２６  後側セグメント              ３０  先端キャップ
３２  截頭前側キャップ            ３４  前側スカート部
３６  出口円錐体                  ３８  後側スカート部
４０  推進薬粒構造体              １００  ロケットエンジン
１１２  現場の継手                １１２ａ  中央の現場の継手
１１２ｂ  後側の現場の継手        １２０  前側セグメント
１２１  着火装置組立体            １２２  前側中央セグメント
１２４  後側中央セグメント／前側後側セグメント
１２６  後側セグメント            １４０  有孔推進薬粒構造体
１４２  ケースセグメント          １４４  前側ケースセグメント
１４６  前側中央ケースセグメント  １５０  主要本体部分
１５２  捕捉脚部                  １５２ａ  捕捉脚部の外面
１５４  捕捉作用部                １５４ａ  捕捉作用部の外面
１５６、１６５、１６６  Ｏリング溝
１５８、１６８  開口              １６０  主要本体部分
１６２  外側分岐部                １６２ａ  外側分岐部１６２の外面
１６４  内側分岐部                １６４ａ  内側分岐部分の外面
１７０  支承ピン                  １７０ａ  蟻継ぎ部分
１７２  リテーナバンド            １７４  シム
１８０  捕捉Ｏリング              １８２  Ｏリング
１８４  二次的Ｏリング            １８６  通気ポート
１８８  漏洩検査ポート／通気ポート
１９０  前側環状絶縁層            １９０ａ  後側を向いた面
１９０ｂ  半径方向内面            １９０ｃ  半径方向外面
１９２  偏向逃がしスロット        １９３、２０３  抑止層
１９４  主要本体部分              １９５、２０２  ライナー
１９６  指状体部分                １９６ａ  指状体部分の後壁
１９９  応力除去フラップ          ２００  環状絶縁層
２００ａ  前方を向いた表面        ２００ｂ  半径方向内面
２０２  ライナー                  ２０４  環状通路／ギャップ
２２０  凹部／空所                ２４０  環状密封挿入体
２４２  軸方向通路
【図１】
0004056786.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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