JPH0660601B2 - 複数推進薬固体ロケットエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の推進薬を利用し、かつ起動、停止、及
び再起動を繰り返して行なう能力を有し、さらに飛行中
のロケットの姿勢を制御する固体推進薬ロケットエンジ
ンに関する。このロケットエンジンは、部分的に高いイ
ンパルス増速性に加えて高い推力の点で特徴を有し、さ
らに要求より一連のメータまたは絞り弁による停止及び
再起動運転を伴う。

〔従来の技術〕

固体推進薬ロケットエンジンのプロプラシブ（proplusi
ve）な全能力は、通常一つの固体推進薬粒の燃焼中に消
費される。これは、一粒の固体推進薬がいったん点火さ
れると燃焼過程を停止させることは困難で、普通はその
薬粒全体が消費されるからである。

先行技術において、一回以上の点火能力を持つ固体推進
薬ロケットエンジン、すなわち二つ以上の集中ユニッ
ト、つまり燃焼室内に固体推進薬の層または帯域を、そ
の層を分離する火炎抑制障壁と共に備えることにより
“起動−停止−再起動”能力を持つロケットエンジンを
準備することが提案されている。その際この火炎抑制障
壁は、燃焼を単独の層または帯域に制限するが隣接層は
点火され得る程度に破壊可能な材料から作られる。各層
の燃焼は不連続パルスの形において推力を発生する。

一回以上点火可能なロケットエンジンを用意する一つの
このような装置は、W.E.カッチル等に1966年12月27日許
可された米国特許第3,293,855に開示されている。その
中では、パイロ技術的でかつ電気点火可能なフィルム
が、点火用の各層、要求によっては逆に各隣接層の間に
用意される。同様に、トーマスＷ．バスチアン等に1982
年11月９日許可された米国特許第4,357,795は、独立的
に点火可能な複数の燃料層を持つ固体ロケット燃料を開
示している。層にされた部分は、ケーシング内で端と端
を繋いで設置可能である。

その他のこのような装置は、1971年２月23日I.H.フリー
ドマン等に許可された米国特許第3,564,845及び1971年
３月９日G.E.ウエブ，Jrに許可された3,568,448に開示
されており、その中では火炎抑制障壁によって分割され
た二つの固体推進薬集中層の一つが、ロケットエンジン
ノズルを通して燃焼室内に延びる点火装置によって点火
される。その他の層は、燃焼室の頭頂端に延長チューブ
によって連結されるガス発生器によって点火される。破
裂可能なダイヤフラムシールと穴開き支持部材アセンブ
リが用意されて、最初のロケット推進薬層の燃焼中にエ
ンジン燃焼室からガス発生器を隔離する。C,W,ビックラ
ンドに1972年７月18日許可された米国特許第3,677,010
は、酸化剤供給装置と酸化剤を燃料粒に供給するための
複数の噴射装置を含めて、再起動能力を持つ二重推力レ
ベルロケットエンジンを開示している。R.H.フインク等
に1972年７月18日許可された米国特許第3,677,010は、
燃焼を維持するには不十分な酸化剤を持つライナによっ
て分離された複数の個々の集中層を構成する粒を持つ固
体燃料ロケットエンジンを開示する。ライナによって自
動点火性の液体酸化剤は、露出されたライナ層、及びロ
ケットの領域を拡大すべき次の推進薬層を点火すべく射
出される。J.R.ムンガーに1969年７月29日許可された米
国特許第3,457,727は、エンジンの後部で射出される固
体推進薬と液体酸化剤を利用する固体燃料ロケットエン
ジンを開示する。R.L.グリック等に1969年７月１日許可
された米国特許第3,452,544は、ロケットエンジンに組
み立てられたガス発生器または冷却機構によって得られ
る、推力の増大−維持及び維持−増大能力を有する単独
の固体推進薬粒によって固体推進薬ロケットエンジンを
開示する。

アランJ.マクドナルドに1974年７月30日許可された米国
特許第3,826,087は、ガス発生器がロケット用推力を得
るべく混合され、燃焼させられるガスを発生する固体推
進薬ロケットを開示する。

G.F.マングナムに1967年９月12日許可された米国特許第
3,826,087及びW.C.エイコックに1967年11月28日許可さ
れた同3,354,647は、火炎抑制障壁と破壊と推進薬の隣
接層の点火のために燃焼室へ液体燃料が入ることを可能
にする互いに類似した装置を開示する。

上述の先行技術の特徴はすべて、帯域の複数の集中固体
推進薬層のために単一の燃焼室を用意することにあっ
て、層の間の火炎抑制障壁を破壊して、次の隣接層に火
をつけ、障壁を破壊するため比較的複雑な点火装置を使
用して隣接層に点火することを含んでいる。フライドマ
ン，Jr，等及びウエブ，Jr．の特許は、破壊可能なダイ
ヤフラ及び、破壊されて個々に分解させられるとき、燃
焼室内に残骸を持ち込む傾向のある穴開き支持部材を含
む。マンガムとエイコックの特許は、燃焼室への液体燃
料の入り込みを許容する。

1983年５月26日にM.フリング等により出願されて本発明
の譲受人に対して譲渡された米国特許第498,603は、一
回以上点火でき、かつ集中的または連続的に製造され
て、穴開き隔壁によって分離され、かつそれの各々は個
々に関係する推進薬を内容とする複数の燃焼室の使用を
含む固体推進薬ロケットエンジンを開示する。最初の燃
焼室内で位置決めされる圧力応答性のダイヤフラム手段
は隔壁内の穿孔を覆い、最初の燃焼室内に存在する圧力
が隣接室内のそれよりも実質的に高いとき、燃焼室の間
の連絡を阻止し、かつその燃焼室内圧力が逆転すると燃
焼室間の連絡を許容する。固体推進薬ロケットエンジン
の制御された飛行を目標とするその他の多数の装置は、
以下の米国特許による先行技術に開示されている。

3,811,380 J.P.グラス 3,668,872 A.T.カムプ等 3,494,130 S.ゼーマン 3,457,726 J.トロテル 3,434,287 L.カビニー 3,398,537 J.E.ピクエンダー 3,349,565 A.E.ウイリアムス 3,349,563 E.L.テイラー 3,248,875 R.D.ウォルコット 3,266,237 C.J.クロウエル等 3,011,309 J.M.カーター 前述の議論では滞在的に、固体推進薬ロケットエンジン
のあらゆる異なる形式における固有の制限、すなわち一
連の停止／再起動の絞り弁操作に伴う高い推力及び／ま
たは高いインパルス増大パルスを用意する能力の不足、
が論じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の主要な目的は、一連の制御された停止と再起動
の絞り弁操作に伴う推力及び／または高いインパルス増
大パルスを有する固体推進薬ロケットエンジンを提供す
ることにある。本発明の他の目的は、多数の推進薬を利
用しており、かつ希望されるとき、停止／再起動の能力
並びに姿勢制御を準備するためのガス発生器により制御
される停止／起動の後段増速エンジンを内蔵した増速エ
ンジンから成る固体推進薬ロケットエンジンを提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、増速及び後段増速の両操作を実施
可能な単独推力装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、多段停止と再起動燃焼を実
施可能な、信頼性がありしかも比較的安価な固体推進薬
ロケットを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、増速及び反復後段増速の点
火を実施可能な最小の容積と重量の固体推進薬ロケット
エンジンを提供することにある。

本発明の他の目的は、高められた操作の柔軟性及び要求
によっては完全消火に加えて絞り弁機構を持つガス発生
器を内蔵する固体推進薬ロケットエンジンを提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、極度のパッケージ適応性と性能の
柔軟さを持つ増速及び反復後段増速推力を有する内蔵さ
れた固体推進薬ロケットエンジンを提供することにあ
る。

本発明のさらに他の目的は、追加特徴として内蔵された
姿勢制御装置（ACS）を持ち、それによってガス発生器
の産物の二重使用を可能にする固体推進薬ロケットエン
ジンを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のこれらの、及びその他の目的を達成させるため
に、初期増速エンジンを包囲するための複数のケーシン
グを持つロケットエンジン、後段増速エンジン、および
後段増速エンジンの再点火と姿勢制御装置用運動源とし
て使用されるガスを発生させるためのガス発生器手段が
準備される。増速エンジンと後段増速エンジンは同じ囲
みの中に含まれるが、内部隔壁によって作動的に隔離さ
れる。ロケットエンジンは複数のノズルを含む。少なく
とも一つのノズルは増速エンジンの後尾に置かれ、かつ
他のノズルは増速エンジンと後段増速エンジンの中間の
内部隔壁内に置かれる。

〔実施例〕

第１図で参照番号１０は固体推進薬ロケットエンジンを
一般的に示すために使用される。

固体推進薬ロケットエンジン１０は第１のロケットエン
ジン用ケーシング１２を含み、このケーシング１２は円
筒形で、かつその中に固体推進薬増速エンジン１４と消
火可能な固体推進薬後段増速エンジン１６を含む。増速
エンジン１４と後段増速エンジン１６は、それぞれに関
連した燃焼室、とくに増速エンジン室１８と後段増速エ
ンジン室２０を含む。増速エンジン室１８はエンジンケ
ーシング１２の第一の囲み部分２２の域内に、後段増速
エンジン室２０はケーシング１２の第二の囲み部分２４
の域内に形成される。ケーシング１２は、望ましくはそ
れの内壁に接着される合成ゴムのライナーを含む各囲み
部分２２及び２４と共に任意の適当な材料から作られ
る。

囲み部分２２と２４は、共通の内部熱または火炎抵抗を
共有して、隔壁２６を隔離している。隔離２６は、後段
増速圧力制御ノズル２８を形成する穴をその中に含む。
ノズル２８は、以下に述べるように、増速エンジン１４
と後段増速エンジン１６の間の連絡を後段増速エンジン
の作動中に可能にする。後段増速エンジン１６の反復点
火能力は、本発明の複数推進薬固体ロケットエンジンの
作動成功への一つの鍵である。ノズル２８は、後段増速
エンジン室２０内の圧力と後段増速エンジン１６の作動
中の圧力の衰退比率を制御するため重要である。したが
って制御ノズル２８の穴の面積は、正しい後段増速エン
ジン作動にかなり影響する。ノズル２８の穴面積は、第
３図に示されるように、Ａ_２として示されている。

隔壁２６は、第２Ａ図に最も良く示されるように、後段
増速圧力制御ノズル２８を初期には塞いでいる、破壊さ
れる隔壁円盤または破裂ダイヤフラム３０を含む。ダイ
ヤフラム３０は、穴２８の域内に圧入される断熱材の二
部品プラグ31，32の範囲内に支持されており、その中に
適当なＯリング２９によって保持され、かつ増速エンジ
ン１４の作動中の後段増速エンジン１６の早過ぎる点火
を防止する。後段増速エンジン１６の作動直前に、隔離
された破裂ダイヤフラム３０は破壊され、さもなければ
隔壁２６から除去されることが必要である。これは、ダ
イヤフラム３０に隣接して位置決めされる爆破装置３３
の手段によって行なわれ、かつそれの操作は図示されて
いない電気またはパイロ技術的なヒューズ手段によって
行なわれる。爆破装置３３の爆発はダイヤフラム３０を
破壊し、それによって後段増速圧力制御ノズル２８を開
放する。本発明の一つの好適実施例において、爆破装置
３３は第２Ｂ図に示されるように、破壊ダイヤフラム３
０の輪郭に対して一般的に形成される公知形式の直線形
状の装薬３５から成り、したがって、爆発において破裂
ダイヤフラム３０は、隔壁２６から比較的にきれいに分
離される。本発明の他の実施例では、直線形状の装薬
は、十分な爆発力によって隔壁２６内に穴が開けられ、
それによって圧力制御ノズル２８を形成するように、形
状を定められる。

第１図に示されるように固体増速エンジン１４は、初期
の高推力または高インパルス増速パルスを用意する増速
エンジン内域で、中空の高エネルギ増速エネルギ推進薬
粒３４を含む。推進薬粒３４は、囲み部分２２の内壁上
の隔離層の中に投入され、またはそれに結合される。増
速エンジン１４は、それの後尾端で増速エンジン推進薬
粒３４を点火する増速エンジン点火器３６を含む。点火
器３６は、パイロ技術的材料と接触している電気的導爆
管を含むため、導爆管が点火されると、反対に推進薬粒
３４を点火するパイロ技術的材料が点火される。多数の
パイロ技術的材料のいずれか一つが、ボロン２５重量％
と硝酸カリウム７５重量％の粒状混合物を含む点火器３
６内で使用される。

増速エンジン１４は、それの後尾位置で、第３図にＡ_３
として示されるような収束・分散形式であって作動領域
またはスロートを有するノズル３８を含む。その際面積
Ａ_３は、後段増速エンジン１６のノズル２８の面積Ａ_２
よりも大きい。好適実施例においてノズル３８は全軸可
動型であって、かつ推力ベクトル制御能力を有するロケ
ットエンジン１０を備えるべく適応させられる。ノズル
３８は、ノズルアクチュエータ４０によって制御自在に
操作される。

ノズル３８とアクチュエータ４０の構造と作動は、“内
部操作される球状軸受”に対してトーマスE.ボルナに19
84年３月６日に交付され、かつ現在の発明の譲受人に譲
渡された米国特許第4,435,023内で論じられているもの
に類似か同一である。

消火可能な中空推進薬粒４２は、後段増速エンジンの囲
み部分２４の域内に設置される。推進薬粒４２は、囲み
部分２４の内壁上の隔離層またはライナ内部に投入さ
れ、または結合される。粒４２の前端の形状は、好まし
くはケース２４の前部内壁の曲率に一致する。推進薬粒
４２は、囲み部分２４の頭頂端４４から隔壁２６まで、
またはエンジン室２０内に希望量の消火可能な推進薬を
設置することが希望される時は、その他の方法で延びて
いる。エンジン室２０内に設置れれる拡散器４６は、点
火性のガス媒体を推進薬粒４２の露出面上に分配する。
拡散器４６は、前部内壁囲み部分２４に隣接する後段増
速エンジン室２０の範囲内に設置される。拡散器４６の
入り口は、さらに以下で論ずるように第一エンジンケー
シング１２の外に連絡される。

ガス発生器５０を収容している第三の囲み４９を形成す
る第二エンジンケーシング４８は、第一エンジンケーシ
ング１２に隣接して設置される。ガス発生器５０は、ガ
ス発生器推進薬粒５２と、公知の電弧またはブリッジワ
イヤ型であるガス発生器用複数点火器５４を含む。ガス
発生器推進薬粒５２は、2000〜3000゜Fの範囲内の燃焼温
度を有する推進薬を構成する。使用される典型的なガス
発生器推進薬粒は、3000°HTPB／HMXである。ガス発生
器５２は、推進薬粒５２の燃焼中にガス発生器５０から
の排気用の外部穴５６の反対側のケーシング４８内部に
成形され、または投入される。

マルチポートのガス発生器流量制御弁５８は、第一ケー
シング１２と第二ケーシング４８の中間に設置され、か
つそれがガス発生器５０からのガス流を制御するような
状態に設定される。流量制御弁５８は多数の入り口と出
口を有し、かつ発生器５０から分岐管６０を通して姿勢
制御装置(ACS)62、または後段増速エンジン１６のエン
ジン室２０内の拡散器４６へのガス流を用意すべく作動
する。拡散器４６へ指示されるとき、ガス発生器の流れ
は点火して消火可能な後段増速エンジンによって推進薬
を反応させ、増大した特定のインパルスを用意する。増
大した特定インパルスは、後段増速推進薬ガスと混合す
るガス発生ガスの二次燃焼から生じる（40〜60秒からの
特定インパルスの増大は、ガス発生器推進薬５２と後段
増速エンジン推進薬４２からのガスの適当な組み合わせ
によって得ることができる）。

後段増速エンジン１６内の圧力は、後段増速圧力制御ノ
ズルとして役立つ内部隔壁２６内の穴２８によって制御
される。後段増速エンジンの消火は、発生したガス流を
姿勢制御装置６２へガス発生器流量制御弁５８及び分岐
管６０を通して転向させること、または発生器５０内の
ガス発生推進薬５２の燃焼を終了させることによって達
成される。ガス発生器５０の作動の終了は、例えば弁５
８の大きな弁面積を、出口６６で示されるように開放す
ることによって実施される。その際出口６６は、大気へ
のガス発生器５０の急速な圧力降下を可能にし、それに
よってガス発生器推進薬５２の消火を惹起する。

既述のようにガス発生器５０からのガスは、分岐管装置
６０によって、姿勢、横転、または方向を制御すべく使
用される各種の放出口または推進片６４方向へ向けられ
る。

従って作動時に複数推進薬固体ロケットエンジンは、後
段増速エンジン１６と一体の増速エンジン１４に依存
し、この後段増速エンジン１６内でガス発生器５０によ
って燃焼が制御されるため、後段増速エンジン１６は全
体的に停止、再起動、及び希望される時は絞り作動を反
復して行なう。さらにガス発生器５０も、全体的に停止
と再起動の作動を反復して行なう。ガス発生器５０の作
動が停止する時、全推進薬粒34,42、及び５２の火が全
体的に消えて、推進薬粒３４は増速エンジン１４の先行
作動中に全体的に消費される。増速点火器３６は高エネ
ルギ増速推進薬粒３４に点火して、増速エンジン１４を
作動させ、かつ高推力または高インパルス増速パルスを
用意する。全軸方向可動ノズル３８は、ロケットの推力
ベクトル制御をそれの関連ノズルアクチュエータ４０に
よって行なう。増速エネルギの作動中、絶縁内部隔壁２
６が増速エンジン１４を後段増速エンジン１６から分離
して、増速エンジンの作動中発生する高温を考慮して後
段増速エンジン１６の早過ぎる点火を防止する。

増速エンジン推進薬粒３４の燃焼が完了すると、その時
点でからの増速エンジン室１８は後段増速エンジン１６
の作動ために機能し、それによって可動ノズル３８は必
要な推力ベクトル制御を用意すべく効果を維持し続け
る。後段増速エンジン１６の作動に先行して爆破装置３
２は、破裂ダイヤフラム３０を破裂させ、またはノズル
２８に対して希望の寸法の穴を内部隔壁２６内に開ける
べく駆動される。しかるとき複数の点火器５４は、ガス
発生器粒５２を点火すべく駆動される。発生するガス流
はマルチポート式流量制御弁５８を経て、発生ガス流の
圧力と流速を共に制御する弁５８付きの拡散器４６へ運
ばれる。後段増速エンジン推進薬粒４２は、拡散器４６
によって後段増速エンジン室２０内に分散させられるガ
スがそれと接触すると点火する。拡散器４６を通るガス
流の点火と反応は、後段増速エンジンの消火可能な推進
薬粒４２と共に、この推進薬粒４２のガスと混合する発
生ガスの二次燃焼によって、増大した特定インパルスを
用意する。すでに述べたように40〜60秒からの重要な特
定インパルスの増大は、ガス発生器と後段増速エンジン
推進薬のガスの適当な組み合わせによって得ることがで
きる。

後段増速圧力制御ノズル２８は、後段増速エンジン１６
の作動中に後段増速エンジンの圧力を制御する。後段増
速エンジン推進薬粒４２の燃焼は、発生器５０からのガ
スの方向を、ガス発生器流量制御弁５８を経て姿勢制御
装置６２へ転向するか、または大気へ直接開放する弁出
口６６を経て発生ガス流を転向することによって消滅
し、それによってガス発生器室は急速に圧力降下し、続
いてガス発生推進薬粒５２の燃焼が消滅する。このよう
な急速な圧力降下は、出口６６に対して比較的大きな面
積を必要とする。

既述のように、後段増速エンジン１６の反復される停止
と起動は、後段増速エンジン圧力制御ノズル面積Ａ_２に
対する、後段増速エンジン室２０内の圧力と圧力衰退の
比率を制御するノズル２８の感度を表わしている。制御
ノズル２８の面積Ａ_２もまた、のど面積（便宜上、今後
Ｋｎとして参照する）に対する燃焼表面積の比率、及び
のど面積比に対するエンジン自由容積（便宜上、今後Ｌ
として参照する）を制御する。これらは、後段増速エン
ジン作動中に消火可能な本発明によれば、ロケットエン
ジンの形状を設計するための二つの制御パラメータであ
る。以下に示すこれらのパラメータの実例は、本発明の
ロケットエンジンの消火能力を提供する。

後段増速エンジンの作動中に増速エンジン１４の空室１
８に付加される、全軸的に可動なノズル３８ののど面積
Ａ_３は推力レベルと後段増速エンジン１６の推力衰退過
渡時間を制御するが、面積Ａ_３は面積Ａ_２よりも大きい
ため、後段増速エンジン１６の消火能力には影響しな
い。

隔壁２６は、後段増速エンジン１６の“オフサイクル”
中に後段増速エンジン推進薬粒４２の熱輻射を阻止し、
それによって後段増速エンジン粒４２の偶発的点火を阻
止していることも言及される必要がある。

上記の作業がうまく行くためには、圧力とのど面積の一
定の関係が維持される必要がある。これらの関係は第１
表に説明され、かつ第３図への関係において以下に述べ
られる。

第１表から見られるように、増速エンジン作動は、増速
エンジン作動圧力を考慮することなしに、選択された装
置の制約内で最良物である任意の推進薬またはエンジン
の形状を使用することができる。同じことは、再びコン
テナの構造的制約が越えられない限り、姿勢制御中のガ
ス発生作動圧力に対してあてはまる。本発明の作動に重
要なのは、後段増速圧力制御ノズル２８を通る発生ガス
流はつねに閉塞流でなければならない、という理解であ
る。流量制御の作動面積は、望ましくは可変であって、
異なる面積と／または流れ方向及び姿勢制御装置と後段
増速エンジンに作動に対する絞り作用を用意する。流量
制御弁５８は、ガス発生器粒の消火並びに分岐管装置６
０を経て拡散器４６へのガス流を切り離すための閉鎖位
置に対して比較的大きな面積の出口６６を含み、それに
よって後段増速エンジン推進薬粒４２の消火を惹起す
る。後段増速エンジン１６内での作動圧力と圧力減衰過
渡時間が面積Ａ_２よりもむしろ面積Ａ_２によって制御さ
れること、かつ後段増速エンジン内でのＫｎとＬの両者
もまた、消火を用意すべき面積Ａ_２によって制御される
ことを確保するために、面積Ａ_３は面積Ａ_２よりも大き
くならなければならない。

増速エンジン１４とガス発生器５０の両者に対する推進
薬の選択はそれほど制限されないのに対して、後段増速
エンジン１６に対する推進薬１６は、ガス発生器５０か
らのガスと混合される時高い特定のインパルスを用意可
能でなければならず、かつガス発生器５０からのガス流
が終了すると直ちに消火可能でなければならない。ふっ
化炭素は、この点で独特である。

典型的には、増速エンジン１４は、十字リンク型で二重
基礎構造の高エネルギ推進薬か、またはなんらかの高エ
ネルギ複合推進薬を利用する。好適実施例での後段増速
エンジン粒４２の消火特性は、非金属化されたふっ化炭
素型推進薬から作られる。ガス発生器推進薬粒５２は、
3000゜F HTPB／HMXガス発生器推進薬、または2000〜3000
゜Fの任意のガス発生器推進薬である。

図を用いて、かつ非限定的に、数個の推進薬粒34,42、
及び５２の組成は以下の成分から構成されることが注意
される。

推進薬粒３４；任意の推進薬粒 推進薬粒４２；１６％ Ｃ_７フルオロアクリラーテ・
バインダ ８４％ アンモニウム・パーコラーテ 推進薬粒５２；１５％ 水酸基で終了するポリブタジ
エン・バインダ ８５％ ニトラミン（HMXまたはRDX） 本発明は、発生ガスと混合されるとき、後段増速エンジ
ン推進薬粒が高い特定インパルスを準備可能、つまり発
生ガス流の終了次第消火可能である限り、比較的限定さ
れない推進薬の選択が利用可能な複数推進薬固体ロケッ
トエンジンを提供する。

〔発明の効果〕

従って、本発明と一致して、増速及び反復絞り後段増速
の作動を遂行し、かつ要求により、付加的特徴として姿
勢制御装置を有する、独特の内蔵型の段階装置が用意さ
れる。本発明の装置は、分離した推力装置を持つ増速及
び後段増速の両作動を遂行するため先行技術の方法を越
えた以下の利点を有する。

１．両機能を遂行する単一の推力装置は、いっそう信頼
性があり、かつ低費用である。

２．増速及び後段増速の両作動を遂行する装置の容積が
最小、かつ重量が最小である。

３．固体推進薬の最高度の組み合わせ利用が、増速及び
後段増速エンジンの両作動に対して利用可能である。

４．増大した作動適応性のため、要求により絞り作動と
／またはガス発生器による全体的消火能力を持つ。

５．推力比（減火比）が極度に大きい。すなわち、後段
増速力に対する増速力の比は２０以上であり、ＡＣＳの
力に対する増速力の比は100以上である。

６．使用される典型的推進薬は、増速中に最高の特定イ
ンパルス、並びに低汚染と低赤外線の公的証明をも持つ
消火可能な後段増速推進薬によって得られる最高の特定
インパルスを提供する。

当業者は理解するように、もしも必要ならば、その他の
選択付属品を本発明の単一推力装置内に組み込んで、適
応性と性能多様性を改良することが可能である。従っ
て、例えば、 １．ガス発生器５０を含む第二ケーシング４８は、必要
ならば、増速／後段増速エンジン用の第一ケーシング１
２の側面に沿ってパッケージをまとめることができる。

２．隔壁２６は、直線形状の装薬によって分離し、かつ
希望されれば、後段増速エンジン１６用の膨張ノズルと
して使用可能である（推力ベクトルの制御はＡＣＳ推力
片を通して用意できる）。

３．後段増速エンジン１６が、付加的な増速または操作
のため使用可能である。

４．一つ以上のガス発生器５０を付加して燃焼時間を延
長したり、パッケージのまとめを容易にできる。このよ
うに付加的なガス発生器５０は、横ケーシング１２、及
び円筒ハウジング内でロケットまたはロケットの一段階
としての使用に適応すべく配置された全アセンブリに沿
ってパッケージされる。

同じく当業者は理解するように、内蔵された段階型燃焼
装置は、多数の推力装置への用途を有する。とくに、こ
の装置は、増速と後段増速推力の両者を必要とする戦略
的装置、増速／維持・推力とオン／オフ動作を必要とす
る高度な弾道弾迎撃ミサイル、衛星を展開する宇宙エン
ジン、及び増速／維持と／またはパルスエンジン作動を
必要とする戦術的エンジンへの用途を持つ。

本発明のロケットへの正確な構造詳細は特定的に示され
ないのに対して、標準的なロケット構造の技術と方法
は、寸法への要求とここで開示される比率が満足される
限り、ロケットの製造に対して使用可能なことが実施さ
れる。

この発明を詳細に検討するとき、当業者は、それの意図
から逸脱することなく発明への修正が可能であることを
承認するであろう。従って、発明の範囲は、図示され、
説明された特定の実施例に限定されるものとは意図され
ていない。むしろ本発明の範囲は、付加された特許請求
項とそれらの相当物によって決定されるものと意図され
る。

【図面の簡単な説明】

発明を要約するとき、前述の詳細な説明に付随して、以
下の図面が参照される。 第１図は、停止、再起動式の後段増速エンジンを内蔵す
る増速エンジンから成る本発明の好適実施例の略図で、
その前者は反復される停止／再起動能力並びに姿勢制御
を提供するためガス発生器によって制御される。 第２Ａ図は、増速エンジンと後段増速エンジンの間に用
意されて、爆破駆動される絶縁プラグ破裂式ダイヤフラ
ムを示す部分断面図である。 第２Ｂ図は、第２図の破裂ダイヤフラム上に用意される
直線的に形成された爆破装薬を示す平面図である。 第３図は第１図の好適実施例の種々の構成要素の間の物
理的関係を示す図である。 １０……ロケットエンジン、 １２……ロケットエンジンケーシング、 １４……増速エンジン、 １６……後段増速エンジン、 １８……増速エンジン室、 ２０……後段増速エンジン室、 22,24……第一及び第二包囲部分、 ２６……隔壁、２８……ノズル、 ３０……破裂ダイヤフラム、 31,32……プラグ、３３……爆破装置、 ３４……推進薬粒、３６……点火器、 ３８……ノズル、 ４０……ノズルアクチュエータ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下の要素を含むことを特徴とする複数推
   進薬固体ロケットエンジン： （１）固体推進薬と、ロケットエンジンの推力を供給す
   べく第一の囲みから推進薬燃焼ガスを排出するための手
   段を含む第一の燃焼室を有する第一の囲み。 （２）固体推進薬を点火するための第一の点火手段。 （３）消火可能な固体推進薬を含む第二の燃焼室を有す
   る第一の囲みと関連しているが、それから隔離されてい
   る第二の囲み。 （４）消火可能な推進薬を点火させる能力を持つガスを
   発生させる能力を持つガス発生推進薬を含む第三の燃焼
   室を有する第三の囲み。 （５）ガス発生推進薬を点火するための第二の点火手
   段。 （６）その中で消火可能な固体推進薬との接触、点火、
   及び燃焼反応のために第二の囲み域内で発生ガスを解放
   させるための手段。 （７）消火可能な固体推進薬の燃焼中に第二の囲みから
   第一の囲みまで、閉塞された固体推進薬燃焼ガス流を維
   持するための、第一と第二の囲みの中間の圧力制御手
   段。 （８）消火可能な固体推進薬の燃焼まで圧力制御手段を
   密封すべく圧力制御手段と関連する取り外し自在の隔離
   プラグ。 （９）消火可能な固体推進薬の燃焼と関連するプラグ手
   段を取り外すための手段。 (10)第三の囲み内に発生したガスを第二の囲み域内の解
   放手段へ運ぶための、第二と第三の囲み中間の運搬手
   段。 (11)ガス発生中第三の囲みから第二の囲みまで、閉塞さ
   れたガス流を維持するため運搬手段と関連し、かつ第二
   と第三の囲み中間のガス圧力制御手段。
2. 【請求項２】上記のガス発生推進薬によってガスの発生
   を終了させる手段を含み、かつ上記の第二の点火手段が
   複数の点火能力を持つことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の複数推進薬固体ロケットエンジン。
3. 【請求項３】上記の第二の囲み域内の解放手段が拡散器
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   複数推進薬固体ロケットエンジン。
4. 【請求項４】さらに、上記の第一と第二の囲みの中間に
   隔壁を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の複数推進薬固体ロケットエンジン。
5. 【請求項５】上記の圧力制御手段が第一と第二の囲みの
   間の隔壁内の穴から成り、その穴は第二の囲みから第一
   の囲みまで、消火可能な固体推進薬の燃焼中に閉塞され
   た推進薬燃焼ガスを維持する作動面積を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の複数推進薬固体ロ
   ケットエンジン。
6. 【請求項６】プラグ手段が隔壁穴を塞ぐ隔離されたダイ
   ヤフラムから成り、かつプラグ手段を取り外すための手
   段が爆発手段から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の複数推進薬固体ロケットエンジン。
7. 【請求項７】さらに、制御されたガス発生推進薬の燃焼
   によって駆動されるロケットの姿勢制御用手段を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複数推進薬
   固体ロケットエンジン。
8. 【請求項８】以下の要素を含むことを特徴とする複数推
   進薬固体ロケットエンジン： （１）固体増速エンジンと増量された隣接する制御自在
   の固体後段増速エンジンを含む第一のケーシング。 （２）隔壁が、その中に後段増速圧力制御されるノズル
   の境界を定める穴を有し、そのノズルは増速エンジンと
   後段増速エンジンの間の連絡を後段増速エンジンの作動
   中に許容し、かつ後段増速圧力制御ノズルは、圧力制御
   ノズルを通る推進薬燃焼ガス流が後段増速作動中に閉塞
   されたままであるような第一の面積を有している、増速
   エンジンと後段増速エンジンの中間の内部隔壁。 （３）隔壁穴を塞ぎ、それによって後段増速エンジンの
   早過ぎる点火を防止する隔離された破裂ダイヤフラム。 （４）後段増速エンジンの作動と関連してダイヤフラム
   を破裂させるための爆破手段。 （５）初期高推力または初期インパルス増速パルスを用
   意するための、増速エンジン域内の高エネルギ推進薬
   粒。 （６）増速エンジン推進薬粒を点火するための増速点火
   器。 （７）推力ベクトルの制御を供給するために上記の第一
   のケーシングと関連し、かつ第一の面積よりも大きい第
   二の面積を有する、全軸方向に可動のノズル。 （８）全軸方向ノズルを制御自在に動かすための、可動
   ノズルと作動自在に関連するノズルアクチュエータ。 （９）後段増速エンジンに停止と起動の操作を用意する
   消火可能な推進薬粒と、消火可能な推進薬粒へ点火用ガ
   スを分配するための拡散器を含む上記の後段増速エンジ
   ン。 (10)ガス発生器推進薬粒と、ガスの製造のためにガス発
   生器粒の反復的点火のためのガス発生器複式点火器を含
   む後段増速エンジン点火用ガス発生器を含んでいる第二
   のガスケーシング。 (11)上記のガス発生器からのガス流の制御のために、入
   り口を有し、かつ少なくとも第一の出口と第二の出口を
   有するマルチポート型の流量制御弁。 (12)ガス発生器から流量制御弁までのガス流に対してガ
   ス発生器と入り口、後段増速エンジンの点火と絞りに対
   するガス発生器から流量制御弁を通して拡散器と後段増
   速エンジンまでのガス流に対して第一の出口と拡散器、
   ガス発生器の急速な圧力降下に起因するガスの発散及び
   ガス発生器推進薬粒の消火に対して第二の出口と流量制
   御弁の外部、を作動的に連結する分岐管。 (13)流量制御弁を通るガス流が後段増速作動中に後段増
   速エンジンの点火と絞りに対して閉塞されたままであ
   り、且つ後段増速エンジンの消火に対して閉塞されたま
   まであるように全開から閉鎖まで可変流れ方向と可変作
   動面積を用意する流量制御弁。
9. 【請求項９】後段増速エンジン推進薬粒が非金属化され
   たふっ化炭素形式の推進薬から成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項記載の複数推進薬固体ロケットエン
   ジン。
10. 【請求項10】直線形状に装薬された爆発が隔壁を開放し
    て後段増速圧力制御ノズルを形成するように、隔離され
    た破裂ダイヤフラムが隔壁と一体構造であることを特徴
    とする特許請求の範囲第８項記載の複数推進薬固体ロケ
    ットエンジン。
11. 【請求項11】以下の要素を含むことを特徴とする複数推
    進薬固体ロケットエンジン： （１）固体増速エンジンと増量された隣接する制御自在
    の固体後段増速エンジンを含む第一のケーシング。 （２）隔壁が、その中に後段増速圧力制御されるノズル
    の境界を定める穴を有し、そのノズルは増速エンジンと
    後段増速エンジンの間の連結を後段増速エンジンの作動
    中に許容し、かつ後段増速圧力制御ノズルは、圧力制御
    ノズルを通る推進薬ガス流が後段増速作動中に閉塞され
    たままであるような第一の面積を有している、増速エン
    ジンと後段増速エンジンの中間の内部隔壁。 （３）隔壁の穴を塞ぎ、それによって後段増速エンジン
    の早過ぎる点火を防止する隔離された破裂ダイヤフラ
    ム。 （４）後段増速エンジンの作動と関連してダイヤフラム
    を破裂させるための爆破手段。 （５）初期高推力または初期インパルス増速パルスを用
    意するための、増速エンジン域内の高エネルギ増速エン
    ジン推進薬粒。 （６）増速エンジン推進薬粒を点火するための、増速エ
    ンジン域内の増速点火器。 （７）第一の円筒ケーシングと関連し、かつ推力ベクト
    ル制御を推進薬燃焼ガスの排出によって供給するために
    第一の面積よりも大きい第二の面積を有する、全軸方向
    に可動のノズル。 （８）全軸方向ノズルを制御自在に動かすための、可動
    ノズルと作動自在に関連するノズルアクチュエータ。 （９）拡散器。 (10)後段増速エンジンに停止と起動の操作を供給する消
    火可能な推進薬粒を含む後段増速エンジン、および消火
    可能な推進薬粒へガスを供給するために上記の後段増速
    エンジンと関連している上記の拡散器。 (11)ガス発生複数点火器。 (12)ガス発生器推進薬粒を含み、後段増速エンジンの点
    火と姿勢制御のためのガス発生器を含む第二の円筒ケー
    シング、およびガス発生器推進薬粒の反復的点火と発生
    ガスの製造のため上記のガス発生器と関連する上記のガ
    ス発生器複数点火器。 (13)入り口、第一の出口、第二の出口、及び複数の姿勢
    制御用出口を有する、発生ガス流を制御するためのマル
    チポート式流量制御弁。 (14)複数のガス発射口を含む姿勢制御装置。 (15)ロケットの姿勢制御用のガス発射口と流量制御弁の
    姿勢制御出口、ガス発生器から流量制御弁までのガス流
    に対してガス発生器と出口、後段増速エンジンの点火と
    絞りに対するガス発生器から流量制御弁を通して後段エ
    ンジンと拡散器までのガス流に対して第一の出口と拡散
    器、ガス発生器の急速な圧力降下に起因するガス発生器
    からのガスの発散及びガス発生器粒の消火に対する第二
    の出口と流量制御弁の外部、を作動的に連結する分岐
    管。 (16)流量制御弁を通るガス流が後段増速エンジンの作動
    中は閉塞されたままであり、かつ閉鎖される時は後段増
    速エンジンの燃焼が消火するように、全開から閉鎖まで
    可変流れ方向と可変作動面積を用意する流量制御弁。