(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスジェネレータで発生した燃焼ガスをノズルのスロート部より噴出して推進力を発生するロケットエンジンの燃焼ガス制御装置において、
前記ノズル内に設けられて前記ノズルのスロート部を開閉する燃焼ガス制御体と、
前記燃焼ガス制御体と一体的に設けられたピストンと、
前記ピストンを移動可能に受け入れ、前記ピストンの背面側にコントロール室を画定するシリンダ部材と、
前記コントロール室と前記ガスジェネレータとの直接接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記コントロール室をブリード開放するブリード通路と、
前記ブリード通路を開閉するブリードバルブと、
前記燃焼ガス制御体の狭径部分周辺に形成されるノズル室と前記ガスジェネレータとを固定オリフィスを介して連通する燃焼ガス通路と、
を有していることを特徴とするロケットエンジンの燃焼ガス制御装置。
【請求項２】
前記バイパスバルブと前記ブリードバルブは相互に連結され、前記バイパス通路を開いて前記ブリード通路を閉じる位置と前記バイパス通路を閉じて前記ブリード通路を開く位置との間を切換移動することを特徴とする請求項１に記載のロケットエンジンの燃焼ガス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロケットエンジンの燃焼ガス制御装置に関し、特に、フローティングポペットバルブ式の燃焼ガス制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロケットエンジンはノズルのスロート部より燃焼ガスを噴出して推進力を発生するものであり、推進力の制御はノズルスロート部より噴出する燃焼ガスの流量制御により行われる。ノズルスロート部より噴出する燃焼ガスの流量を制御する燃焼ガス制御装置には、フローティングポペットバルブ式のものがある。従来のフローティングポペットバルブ式の燃焼ガス制御装置を、図３、図４を参照して説明する。
【０００３】
フローティングポペットバルブ式の燃焼ガス制御装置は、軸線方向に移動することにより、ノズル１００のスロート部１０１を開閉する円錐状頭部形状のポペットバルブ（燃焼ガス制御体）１０２を有している。ノズル１００は燃焼ガス通路１０３によりガスジェネレータ１０４と接続されている。ガスジェネレータ１０４は高圧の燃焼ガスを発生し、燃焼ガスは、固定オリフィス１０５を通ることにより減圧され、燃焼ガス通路１０３を通って燃焼ガス供給口１０６よりノズル室１０７内に供給される。
【０００４】
ポペットバルブ１０２はピストン部１０８を一体に有している。ノズル１００にはピストン部１０８を軸線方向に移動可能に受け入れるシリンダ部１０９が設けられ、ピストン部１０８はシリンダ部１０９と共働して背面側（スロート部１０１とは反対の側）にコントロール室１１０を画定している。コントロール室１１０はポペットバルブ１０２に形成された圧力導入通路１１１によりノズル室１０７に連通しており、圧力導入通路１１１の途中にはポペットオリフィス１１２が設けられている。
【０００５】
コントロール室１１０にはブリード通路１１３が接続され、ブリード通路１１３は、ブリード通路１１３の途中に設けられたバルブシートオリフィス１１４を開閉するパイロットバルブ１１５により開閉される。なお、パイロットバルブ１１５は図示されていないアクチュエータ等によって図にて左右方向に駆動される。
【０００６】
図３に示されているように、パイロットバルブ１１５によってバルブシートオリフィス１１４が閉じられている状態では、コントロール室１１０の内圧がノズル室１０７の内圧と略等しくなり、ポペットバルブ１０２のピストン部１０８のノズル室１０７側とコントロール室１１０側の受圧面積差により、ポペットバルブ１０２がスロート部１０１側に移動し、スロート部１０１を閉じる。
【０００７】
これに対し、図４に示されているように、パイロットバルブ１１５の移動によってバルブシートオリフィス１１４が開かれると、コントロール室１１０の内圧がブリード通路１１３によってブリードされ、コントロール室１１０の内圧がノズル室１０７の内圧より低くなる。これにより、ポペットバルブ１０２がスロート部１０１より離れる方向に移動し、スロート部１０１を開く。スロート部１０１が開かれると、ノズル室１０７の燃焼ガスが、スロート部１０１より外部へ噴射され、推進力を発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成による燃焼ガス制御装置では、ポペットバルブ１０２の開運動と閉運動とを両立させるためには、ポペットオリフィス１１２の通路断面積をＡｐ、バルブシートオリフィス１１４の通路断面積をＡｖとすると、Ａｖ＞Ａｐの関係を満たす必要があり、コントロール室１１０の内圧Ｐｃの変化可能な範囲は、ガスジェネレータ１０４の燃焼ガス圧力をＰｇ、ノズル室１０７の燃焼ガス圧力をＰｎとすると、下式で表されるようになり、小さいものとなる。
（Ａｐ／Ａｖ）Ｐｎ≦Ｐｃ≦Ｐｎ≦Ｐｇ
このため、従来の燃焼ガス制御装置では、ポペットバルブ１０２の開閉駆動力が小さく、ノズル開閉の高応答化に不利で、信頼性も低い。
【０００９】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、大きい開閉駆動力をもってポペットバルブのような燃焼ガス制御体を開閉駆動でき、ノズル開閉の高応答化、信頼性の向上を図ることができるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項１にかかるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置は、ガスジェネレータで発生した燃焼ガスをノズルのスロート部より噴出して推進力を発生するロケットエンジンの燃焼ガス制御装置において、前記ノズル内に設けられて前記ノズルのスロート部を開閉する燃焼ガス制御体と、前記燃焼ガス制御体と一体的に設けられたピストンと、前記ピストンを移動可能に受け入れ、前記ピストンの背面側にコントロール室を画定するシリンダ部材と、前記コントロール室と前記ガスジェネレータとの直接接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、前記コントロール室をブリード開放するブリード通路と、前記ブリード通路を開閉するブリードバルブと、前記燃焼ガス制御体の狭径部分周辺に形成されるノズル室と前記ガスジェネレータとを固定オリフィスを介して連通する燃焼ガス通路と、を有しているものである。
【００１１】
この燃焼ガス制御装置では、バイパスバルブによってバイパス通路が開かれ、ブリードバルブによってブリード通路が閉じられた状態では、ガスジェネレータの高圧の燃焼ガスがコントロール室に直接導入されてこの燃焼ガス圧がピストンに作用し、燃焼ガス制御体によってノズルのスロート部が閉じられる。これに対し、バイパスバルブによってバイパス通路が閉じられ、ブリードバルブによってブリード通路が開かれると、コントロール室に対するガスジェネレータよりの燃焼ガスの供給が停止されると共に、コントロール室がブリード開放され、ピストンに対してガスジェネレータから固定オリフィスを介してノズル内に供給される燃焼ガスの圧力が有効に作用し、燃焼ガス制御体がノズルのスロート部より離れてスロート部が開かれる。
【００１２】
この発明の請求項２にかかるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置は、さらに、前記バイパスバルブと前記ブリードバルブが相互に連結され、前記バイパス通路を開いて前記ブリード通路を閉じる位置と前記バイパス通路を閉じて前記ブリード通路を開く位置との間を切換移動するものである。
【００１３】
この燃焼ガス制御装置では、バイパスバルブとブリードバルブとが相互に連結され、バイパスバルブがバイパス通路を開いていれば、ブリードバルブはブリード通路を閉じる位置に必ず位置し、バイパスバルブがバイパス通路を閉じていれば、ブリードバルブはブリード通路を開く位置に必ず位置する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、この発明にかかるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１、図２は、この発明によるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置の一つの実施の形態を示している。この燃焼ガス制御装置は、フローティングポペットバルブ式のものであり、軸線方向に移動することにより、ノズル１のスロート部２を開閉する円錐状頭部形状のポペットバルブ（燃焼ガス制御体）３をノズル１内に有している。
【００１６】
ノズル１内に画定されているノズル室８は燃焼ガス通路４によりガスジェネレータ５と接続されている。ガスジェネレータ５は高圧の燃焼ガスを発生し、ガスジェネレータ５が発生した高燃焼ガスは、固定オリフィス６を通ることにより減圧され、燃焼ガス通路４を通って燃焼ガス供給口７よりノズル室８に供給される。
【００１７】
ポペットバルブ３はピストン部９を一体に有している。ノズル１にはピストン部９を軸線方向に移動可能に受け入れるシリンダ部１０が設けられ、シリンダ部１０はピストン部９の背面側（スロート部２とは反対の側）にコントロール室１１を画定している。コントロール室１１はバイパス通路１２によってガスジェネレータ５と直接接続されている。バイパス通路１２の途中にはバイパスバルブシート１３が設けられ、バイパス通路１２はバイパスバルブシート１３に選択的に着座するバイパスバルブ１４により開閉される。
【００１８】
また、コントロール室１１にはブリード通路１５が接続されている。ブリード通路１５の途中にはブリードバルブシート１６が設けられ、ブリード通路１５はブリードバルブシート１６に選択的に着座するブリードバルブ１７により開閉される。
【００１９】
バイパスバルブ１４とブリードバルブ１７は、相互に連結されて図示されていない共通のアクチュエータによって図にて左右方向に駆動され、図１に示されているように、バイパスバルブ１４が開弁位置に位置すれば、ブリードバルブ１７が閉弁位置に位置し、これに対し、図２に示されているように、バイパスバルブ１４が閉弁位置に位置すれば、ブリードバルブ１７が開弁位置に位置する。したがって、バイパスバルブ１４とブリードバルブ１７との連結体は、バイパス通路１２を開いてブリード通路１５を閉じる位置と、バイパス通路１２を閉じてブリード通路１５を開く位置との間を切換移動する。
【００２０】
つぎに、上述の構成による燃焼ガス制御装置の動作について説明する。図１に示されているように、バイパスバルブ１４が開弁位置に位置し、ブリードバルブ１７が閉弁位置に位置している状態では、ガスジェネレータ５の高圧の燃焼ガスがバイパス通路１２よりコントロール室１１に直接導入され、この燃焼ガス圧がピストン部９の背面９ａに有効に作用する。ピストン部９の前面９ｂには固定オリフィス６により減圧されたノズル室８の燃焼ガス圧が作用しており、この圧力差と、ピストン部９のノズル室８側の受圧面積（背面９ａの面積）とコントロール室１１側の受圧面積（前面９ｂの面積）との差により、ポペットバルブ３がスロート部２側に移動し、スロート部２を閉じる。
【００２１】
図２に示されているように、バイパスバルブ１４が閉弁位置に移動し、ブリードバルブ１７が開弁位置に移動すると、コントロール室１１に対するガスジェネレータ５よりの燃焼ガスの供給が停止され、コントロール室１１がブリード通路１５によりブリード開放される。これにより、ポペットバルブ３はピストン部９の前面９ｂに作用するノズル室８の燃焼ガス圧により押されてスロート部２より離れる方向に移動し、スロート部２を開く。スロート部２が開かれると、ノズル室８の燃焼ガスが、スロート部２より外部へ噴射され、推進力を発生する。
【００２２】
上述の構成によれば、コントロール室１１の内圧Ｐｃの変化可能な範囲は、ガスジェネレータ５の燃焼ガス圧力をＰｇとすると、下式で表されるようになり、従来のものに比して大きくなる。
０≦Ｐｃ≦Ｐｇ
これは、ガスジェネレータ５の高圧の燃焼ガス圧力Ｐｇをもってポペットバルブ３を開閉することを意味する。このため、この燃焼ガス制御装置では、ポペットバルブ３の開閉駆動力が大きく、高応答化することができ、信頼性も向上し、併せてポペットバルブ３の小型化も可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置（請求項１）によれば、ガスジェネレータの高圧の燃焼ガス圧力をもってポペットバルブのような燃焼ガス制御体を開閉駆動するから、燃焼ガス制御体の開閉駆動力が大きく、ノズル開閉の高応答化することができ、信頼性も向上し、併せて燃焼ガス制御体の小型化も可能になる。
【００２４】
また、この発明によるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置（請求項２）によれば、バイパスバルブとブリードバルブとが相互に連結され、バイパスバルブがバイパス通路を開いていれば、ブリードバルブはブリード通路を閉じる位置に必ず位置し、バイパスバルブがバイパス通路を閉じていれば、ブリードバルブはブリード通路を開く位置に必ず位置するから、誤動作の虞れがなく、また、これらバルブは一つのアクチュエータにより駆動でき、アクチュエータの必要個数を増やすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置の一つの実施の形態をノズル閉状態について示す概略構成図である。
【図２】この発明によるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置の一つの実施の形態をノズル開状態について示す概略構成図である。
【図３】従来におけるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置をノズル閉状態について示す概略構成図である。
【図４】従来におけるロケットエンジンの燃焼ガス制御装置をノズル開状態について示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ノズル
２  スロート部
３  ポペットバルブ
４  燃焼ガス通路
５  ガスジェネレータ
６  固定オリフィス
７  燃焼ガス供給口
８  ノズル室
９  ピストン部
１０  シリンダ部
１１  コントロール室
１２  バイパス通路
１３  バイパスバルブシート
１４  バイパスバルブ
１５  ブリード通路
１６  ブリードバルブシート
１７  ブリードバルブ
【図１】
0003764608.tif 000002
【図２】
0003764608.tif 000003
【図３】
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【図４】
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