次燃焼

(1)

ダクテッドロケットの

2

次燃焼

桑原阜経書 ,光野乗書 ,小坂勝明●

ノズル可変型〆クテッドF ･ナット用推進薬のうち,過塩索敵アンモニウム系コ. /ポジサト推進薬( 以下

A

P系推進薬と略)と〆7' ルペース系推進薬 ( 以下

DB

系推進薬と時)について

2

次俵娩特性を求めた｡ガス先生卓出E ) に多孔ノズルを用いるとともに,高温部を

2

次燃焼室に設けることで容易に怨火し.燃焼効率

恥●は95%

以上に適した

｡A

p糸.

D

J l系推進薬とも空燃比

(

( ( 武人空気虫丘紀串) /( ガス先生皆のガス先生政見菰串) ) による恥●‑の影執土小さかった

｡2

次港税室圧力のがへの及ぼす効果

はA

P系は

DB

系推進掛こ比較して大きく,圧力が

018MPa

から

,0.4MPa

に変化することで約

9%

減少している｡

I.

1 まL ;めに

ダクテッドpケツト用推進薬としてはボロンまたは

†〆ナ l Jサム等の金属を多丘に含んだものが着日さA.

開発および研究が行なわれている

｡

l 卜l ) しかし.これら金属を多丑に含んだ推進熟土.燃塊生成ガス中に争点の固形物を含有し.ガス先生替ノズルスl ,‑ ト部に付着して/ズルスf '‑ ト面前を銅盤することは国史である｡ノズル可変型Tクテッドpケ,ト用推進薬に要求される項目として次の

4

つが挙げられている

｡(

l

)

〟ス温度が低いこと.

(2

漉焼生成ガス中に固形物が少ないこと

.(3

) 橡鹿速度の圧力梓政が高いこと

.(4)

空気と混合し燃焼した時の比推力が高いこと{･ある｡本研究では比較的比推力が高く.上

紀(

1

).(2)

の項 E l を満足するため,金属成分を含有しない

A

P系および

DB

系推進薬を妖作し

,2

次低虎特性について研究した｡

2.

推進茶粗成

推進薬組成およ

びSMPa

における断熱火炎温度の計井伍 S ) を求め

Table

lに示す

｡A

P系推進薬は

A

Pを

55

形 .CTPB( 末端カル. i :キシル基ポ I )ブタ･ }ェ ' /)を

45%

含有している

｡CTPB

の含有丑が

45%

と多く, 使用した

CTPB

の粘度の関係から.硬化時に

A

Pが沈波しない1うに.粒径約

2

F ml のものを用いた

｡A

p糸推進薬の断熱火炎温度1 1

.1182K

と鉄の敵点

1808K

に比較して十分に低い｡このことから,粥適材に鉄類を用いることが可能である

｡DB

系推進熟土斬. g火炎温度を低下し.酸来. (ラt /スを小さくするため

T臥;DN

(トI )エチレ･ /〆l )コールジナイトL ,‑ トC6 H

12

0

JV2)

と

SOA(

サッカt ･‑スオクタ7七テー t ･ C

Jも8019)

を

32.25,6.21.5%

と多丘に含有している｡断熱火炎温齢土1 2 47Kと

A

P系推進薬に比較して 6 5 K 高い｡

3.

乗験毛蟹

〆タテッドpケサトの

2

次燃焼特性を求めるために

T8bJe1P

r o p e

uantCompositionsusedinthisstudy(partsbyweight) Prop CTPB AP(2Flm) NC TEGDN DEP SOA PbSa

Tf(K)

AP 45 55 ‑

‑ ‑ ‑ ‑

1182 DB

‑ ‑

32.25 32

.25 10.8 21.5 3.2 1247 NC;NitrocelluZose TEGDN .ITriethyleneglyco)dinit

rAte DEP:Diethylphthalate SOA :SucroseoctaacetAte

PbSa:NormaHezLdsalicyl8tC Fig.1

に示す直結型像焼串 (

DCF:direct

c o

nJleCt now)

を用いた｡直括型燃焼皆とは上菰側の高B: 空気

昭和

63

年

1

月 1 1日受理 '日産自動串㈱宇

宙航空事業部

〒

350

埼玉県J I

I 趨市的切新町

1990 でEL0492‑3ト1111

源と愚焼替とを庇凄凄成し.空気温度

473‑523K

,

圧力のである｡空気温度

0.4‑0.8MPa

の空気を

523K

,圧力

2

次燃焼毒へ帝人するも

0.8MPa

は海面上,飛

しよう速度マヅ

‑2

( 圧力回政

事0.8)

の状感をシミi レ‑シi ZI /している｡政大全気盃丘統率は3. 3 kg/ S{

･

あり.空燃比古を

(2)

V^L･JE rLOW JtCCUL^TOFl

tLINIT IW ) ㊨ p;…喜

㊨T 琵

^u

^TG

…3㌢

Fio.1 0Inbtudotl ted equipme

ntsEorthe

direct

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c

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w (DCF

)言

ヽ∈

︻

‑o

tェJ235 710Pre88UEePtMPJLlFb.2BurningratedlaraCteris ti岱O

E

Pro･

pelbnt

AP(AP/HTPB)and

Prop ellzL n t

D8.の推進薬形状

は

≠8

0mJnX

1

4

_{0mm (直径}

x

長さ)とした｡2次位塊重の上乾にガス発生撃を荘き.この内缶にAP系およびDB系推進轟を充填しポ

_f･

'/帝石系イグナイタを用いて点火した｡AP系推進薬を用いた時には.2次息塊茎における空気と愚妹Nスとの混合方法を変えることで,恥●の変化を求めた｡ここ{

･V

.●とは

次の式

で与えられる｡

Q.●‑C㌔/C

' L AX1 0 0 (

l

) C

'は特性排気速度で添字q ll乗取値. Lh

は理負債である｡特性排気適正とは有効排気速度を推力

係数で割った債である｡ガス先生欝の出口には.2

次伝虎毒軸方向に唄射する畔孔ノズル及び2次燃焼室軸

に対して

垂虹方向に噴射する多孔ノズルを用患した｡2次偲塊 l l

l

● 一･

. ‑■一一〇‑

M

ultiH○Z暮lo PE○PAP

p

lo.仙一〇.S84lg○lN●NP○A○暮暮le O

l l

5 10 1(5 20l ZS

Fig.3The combustion

e 岱c i e A C

y OfPro･

p

dhntA

Pa saf uJ ) C t i

otLOfI.

董{･, ノズル先均より空気取り入れ口の中心までの距

離を44.

7 3

典故括果および換肘

m

m とした｡

.1 地浪速虎特性

推進薬の鹿央速度と圧力の関係

をFig.2に示す｡

AP系推進薬の燃焼速度はDB系推

進薬に此牧して低い｡圧力が6.OMPaの時.AP系推進薬の櫓

1 . 1 mJ n/

S.DB系推進薬は

1 . 9 mm/

Sであ塊速度は

る｡偲焼速度の圧力指数はAP系が0.67でDB系推進

薬が0.45{･

ある｡DB系推進策の圧力柑改札ノズル

ス T7‑ ト両税を羽生するのに必繋fz:0.6‑0.7に比較して小さ

4.2 2次地境特性い｡

4.2.I GとQ,'およt FC'の関係 AP系推進薬のtとV,●との鵜係をFig.

3に示す｡2 次倦境董圧力は0.66‑0.84MPaの一

定の伍をもちいた｡単孔 /ズルの場合. Q,●は7096で2

次低現していないが,多孔 Jズルを用いた場合.

?

,'は95,6に適し.

2次愚境毒で伝境している｡

ガス発生哲より噴射した牡鹿ガスと空気とを忠故に混合

すると.空気により冷却され可換牲混合ガスの温度は

低く反応速舵が耗少し, 2次息焦せIfV.●は低下するもの

と考えられる｡

AP系推進孝のtとC'との的係を

Fk.4に示す｡ C●

はfを増加すると減少する

仰向にあり. 多孔ノズルを用いたものは理盤値と同軌

Iの増加とともに沌少している｡単孔ノズルを用いたもの

はtの増加に対して C'は約 640m/Sと低く.はば‑定

位をとっている｡

DB系推進薬のtと

Q

,●との関係をFig

.Sに示す｡

DB系推進薬で2次低虎しない場合.

Q.'は60‑70タi

と低い｡推進窮小片を多孔ノズ

ル出口近傍に放促し.

ガス先生等内推進策に憩火する

約 18前にユタF'ム線で加熟し着火させ高温部を燃焼

Nス噴出部近似こ形成した

｡2

次私流壷に高温部を形成することで容易に

2

K8gy8

(3)

5 〇

〇〇

S CMI

I

l TItヱORY

I

MtJltiN○Itl

● PE○P

AP Siql●M_I○I

Z

^l

● t

l

V

l

P l

S Z○ 25

Fig.4TbeChaTaCteridceI xbtd yel ocit

y o f

PmpeuzutAP.

次伝放し.

Q

^. ^'は 9 5 9 6I こ連すること

が何られた｡高温部形成に使用した推進薬は小片を用い

ていることから.

DB 系推進薬の発生ガス丑約 6 . Sx1 0 ‑ 2 k g

/ 与の 1 . 2 % であり. 2 次松虎性能に及ぼす野中は小

さい｡乗除, 1 タテ ,ドpケ,トの

2

次悠塊妾に高

温缶を形成することは容易である｡高温部を形成 Lf z :

い切合着火室九時間は

約7

秒であった｡

DB 系推進薬のtと

C

'との関係

をF

g.6

に示す｡圧力p l 10 . 4 3 ‑0 , 8 8 MPa である

｡

t の増

加とともにC'は械少する餌向にある

｡2

次燃焼墓で

燃焼しない場合, C●は

600‑650m/

Sであるが.

2

次燃

税することで

C●

は 8 5 0 ‑9 5 0 m / Sと上昇し.理胎位と

同様にE の増加ととも

に沌少している｡

A

ー A

lA 一 I

N ○ h ○ t 叩

hotJ)pot

○

PE○pDB

4 l l I

5 10

15 ^亡 20 25

3 0

Fig.5 Tbecombtdionef点ciezICyOf

Pr

opelhJ

)

t

D

(4)

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 PEoBJ

mre P fHPa)

Fig.7 ThecombustionefficieJtCyO

EPT

tIPeuaJttAPandDBasaftnctionoE

p.

Tab一e2CompsidonsoE

CombustionGases compos"O.

lneHC1sfracti堅こ AP DB

5.6

‑

H2 25.9 26.5 H

】0

7.2 8.5 C(S) 35.

4 ll.0 CH一 9.4 4.4 CO

ll.2 36.5 Co l 2.4 7.6

N

] 2.8 5.4

DB

系推進薬と

A

P系推進薬

の断熱火炎温度の轟は

65 K

であり

,2

次息焼重で

A

P系推進薬は

より廿火しやすい

｡A

P系推進薬の私書が

DB

弟推進射こ比

較して小さくか

つ2

次像焼室で着火 Lやすいのはガス発生港内の生成ガス範戒の違いによるものと考えられる｡

AP

系

,DB

系推進薬の燃焼圧力

5MPa

におけるガス組成を

Table2

に示す｡計井はゴード. /のプ

T 'グラムを用いて行った

5)

｡両者の違いは

AP

系推

C(S)(

固体炭素)が

35.4%

と多く

.

進薬には

DB

系推進熟

土11%

と少ない｡一方

,DB

系推進薬には

C

Oが

36.5%

と

AP

系推進薬の

11.2%

に比較して多い

.C(

S

)

は固

体のため,気体に比較して冷却しにくく高温を維持した

2

次壕塊茎に噴出し.点火源となり.周田の可燃性まま混合ガスは容易に着火するものと考えられる｡一方.固形物の伝虎時間は気体よりも長く

,DB

系推進薬のガス組成に含ま

れる固体の割合は約

11%

と

A

P系推進薬

の

35.4%

に比較して少ないことが

,DB

系推進薬の

2

次燃境効率を

93%

以上に維持している一国と考えられる｡

5.

括

( l )

AP

系推進薬は多孔ノズルを用いると輪

2

次低焼重で容易に着火する

が.

DB

系推進薬は着火過れが大きく約

7

5であった

｡

DB

系推進薬の場合.

2

次佑焼壷l こ高温部を形成することで容易に着火できる

(2)A

p糸｡

,DB

系推進薬とともに【=

5‑2 5

と大きく変えても私書は約

95%

と一定の値をと

った｡

(3)A

P系推進薬は

2

次像蔵主圧力により

?

. 'は大きく変化し,圧力を

0.8

から

0.4MPa

に低

下すると

9%

減少している

｡

(4)

きいのは,後免生成ガス中

DB

系推進薬の ? , 'が

A

P系推進薬に比較して大

の

C(s)

の影野が大きいものと考えられる｡

謝辞

本研究{･用いた推進薬の選

定については日本抽朋㈱

化薬研究所町田研究員のご協力によるものです｡また.

本研究を行うに

あたりご指導していただきました,防衛庁妨 3研究所原動挽許 2研究室

久保田室長に感謝致します｡

1)Lina

g

e,C.

文献

aJldSargent,W.,̀propdtnion SystemsConsiderationsfo

rAdyaJICedBoron PowderdRanje

t s /

AIAA Paper

8011283

.

1980.

2)

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冗 . ,̀

BoronCombtu

(5)

H. ,̀ Fu e IS e l e c t i o nCdt e 血 E o r

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4)

M.Mi t s t no ,T.KW 血 .K.K血 , a J l dN.

5)

Go r d o n,S.a J l dMc Bdd e .

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･ ,NASASPl 2 7 3 . Ku

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Co mb t l S do hO EMe t a ll i z e dP

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1 9 71 .

Sec onda r yCombL J S t i onofDL J Ct e dRock e t s

byTa kuoKUWAM A.Mi no r u MI TSt J NO andh t s ua kiXOSAKA

Thec ombus t i one f 丘c i e nc i e s ( Q c+ )ofAP ( A m om ium Pe r c hl o r a t e)Compo s i t epr o･

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‑loo‑ 工英火薬

次燃焼

ダ クテ ッ ドロケ ッ トの

次燃焼

桑原阜経書 ,光野 乗書 ,小坂勝明●

ノズル可変型 〆クテッドF ･ナット用推進薬の うち,過塩索敵 アンモニウム系 コ. /ポジサト推 進薬( 以下

P系推進薬 と略)と〆7' ルペース系推進薬 ( 以下

系推進薬 と時)について

次俵 娩特性を求めた｡ ガス先生卓出E ) に多孔 ノズルを用いるとともに,高温部を

次燃焼室に設け ることで容易に怨火 し.燃焼効率

以上に適 した

p糸.

J l系推進薬 とも空燃比

( ( 武人空気虫丘紀串) /( ガス先生皆のガス先生政見菰串) ) による恥●‑の影執 土小さかった

次港税室圧力のが への及ぼす効果

P系は

系推進掛 こ比較 して大 きく,圧力が

から

に変化することで約

減少 している｡

1 まL ;めに

ダクテ ッドpケツト用推進薬としてはボロンまたは

†〆ナ l Jサム等の金属を多丘に含んだものが着 日さA.

開発および研究が行なわれている

つが挙げられている

l

〟 ス温度が低いこと.

漉 焼生成 ガス中に固形物が少な いこと

) 橡鹿速度の圧力梓政が高いこと

空気 と 混合 し燃焼 した時の比推力が高いこと{･ ある｡本研究 では比較的比推力が高 く.上

1

の項 E l を満足す るため,金属成分を含有 しない

P系および

系推 進薬を妖作 し

次低虎特性について研究 した｡

推進茶粗成

推進薬組成およ

における断熱火炎温度の計 井 伍 S ) を求め

lに示す

P系推進薬は

Pを

形 .CTPB( 末端 カル. i :キシル基ポ I )ブタ･ }ェ ' /)を

含有 している

の含有丑が

と多 く, 使用 した

の粘度の関係から.硬化時に

Pが沈 波 しない1うに.粒径約

F ml の ものを用いた

p糸 推進薬の断熱火炎温度1 1

と鉄の敵点

に比較 して十分に低い｡ このことから,粥適材に鉄類 を用いることが可能である

系推進熟 土斬. g火炎 温度を低下 し.酸来. (ラt /スを小さくするため

(トI )エチ レ･ /〆l )コールジナイ トL ,‑ トC6 H

0

と

サ ッカt ･‑スオクタ7七テー t ･ C

を

と多丘に含有 している｡断熱火炎温 齢 土1 2 47Kと

P系推進薬に比較 して 6 5 K 高 い ｡

乗験毛蟹

〆タテ ッドpケサトの

次燃焼特性を求めるために

r o p e

‑ ‑ ‑ ‑

‑ ‑

に 示 す 直 結 型 像 焼 串 (

c o

を用いた｡直括型燃焼皆 とは上菰側の高B: 空気

昭和

年

月 1 1日受理 '日産自動串㈱宇

宙航空事業部

〒

埼玉県J I

I 趨市的切新町

源 と愚焼替 とを庇凄凄成 し.空気温度

,

圧力 のである｡空気温度

の空気を

,圧力

次燃焼毒へ帝人す るも

ダクテッドロケットの

桑原阜経書 ,光野乗書 ,小坂勝明●

ノズル可変型〆クテッドF ･ナット用推進薬のうち,過塩索敵アンモニウム系コ. /ポジサト推進薬( 以下

P系推進薬と略)と〆7' ルペース系推進薬 ( 以下

系推進薬と時)について

次俵娩特性を求めた｡ガス先生卓出E ) に多孔ノズルを用いるとともに,高温部を

次燃焼室に設けることで容易に怨火し.燃焼効率

以上に適した

J l系推進薬とも空燃比

( ( 武人空気虫丘紀串) /( ガス先生皆のガス先生政見菰串) ) による恥●‑の影執土小さかった

次港税室圧力のがへの及ぼす効果

系推進掛こ比較して大きく,圧力が

減少している｡

ダクテッドpケツト用推進薬としてはボロンまたは

†〆ナ l Jサム等の金属を多丘に含んだものが着日さA.

〟ス温度が低いこと.

漉焼生成ガス中に固形物が少ないこと

空気と混合し燃焼した時の比推力が高いこと{･ある｡本研究では比較的比推力が高く.上

の項 E l を満足するため,金属成分を含有しない

系推進薬を妖作し

次低虎特性について研究した｡

における断熱火炎温度の計井伍 S ) を求め

形 .CTPB( 末端カル. i :キシル基ポ I )ブタ･ }ェ ' /)を

含有している

と多く, 使用した

Pが沈波しない1うに.粒径約

F ml のものを用いた

p糸推進薬の断熱火炎温度1 1

に比較して十分に低い｡このことから,粥適材に鉄類を用いることが可能である

系推進熟土斬. g火炎温度を低下し.酸来. (ラt /スを小さくするため

(トI )エチレ･ /〆l )コールジナイトL ,‑ トC6 H

サッカt ･‑スオクタ7七テー t ･ C

と多丘に含有している｡断熱火炎温齢土1 2 47Kと

P系推進薬に比較して 6 5 K 高い｡

〆タテッドpケサトの

に示す直結型像焼串 (

を用いた｡直括型燃焼皆とは上菰側の高B: 空気

源と愚焼替とを庇凄凄成し.空気温度

圧力のである｡空気温度

次燃焼毒へ帝人するも

しよう速度マヅ

の状感をシミi レ‑シi ZI /している｡政大全気盃丘統率は3. 3 kg/ S{

あり.空燃比古を

^TG

_f･

次伝放し.

^. ^'は 9 5 9 6I こ連すること

が何られた｡高温部形成に使用した推進薬は小片を用い

/ 与の 1 . 2 % であり. 2 次松虎性能に及ぼす野中は小

温缶を形成することは容易である｡高温部を形成 Lf z :

い切合着火室九時間は

に示す｡圧力p l 10 . 4 3 ‑0 , 8 8 MPa である

加とともにC'は械少する餌向にある

燃焼しない場合, C●は

は 8 5 0 ‑9 5 0 m / Sと上昇し.理胎位と

同様にE の増加ととも

に沌少している｡