パ イ p ラ ン トの 燃 焼 速 度

Mg/TF

パ イ p ラ ン トの 燃 焼 速 度

桑原阜経書 ,落合利親' '

金属 と酎 ヒ刊 とを混合 した高エネルギ物質の燃焼速度特性を求めた｡高エネルギ物矧 土いわ ゆるJ lイ pラl /トと称せ られ る｡J I イ F ,ラ･ /トには

の粒径 と形状及びテフT ,‑ /の粒径を変 えて就取 して紬 に用いた｡伝免速度凋定括集 より,穂先特性は従来の同伴推進薬 とは大 きく 異なることが得られた｡抵虎速度は

とテ7. ,. /の粒径及び混合比によって大 きく変わ り, 最大愚境速度は燃料 l Jッチの領域にあることが侍られた｡バイ pラン トの愚塊速度は単位体帝 当た りに含まれている

粒子の素面帝に比例 して増加 し.

世子表面近傍の反応に よって 伝溌速度が辞速 されていることが得られた｡

I . 概 要

マグネシウム ( Mg)とテフF '

と噂) とを混 合 したバイ｡ラント ( 金属 と無墳または有機酸化物 と を混合 した高エネルギ物方)は現用の コンポジット推 進薬や ダブルペ‑ス推進薬への着火薬をは じめ赤外線 放出物 としての着用が考えられている｡J lイ F Zラt /I 中の

l 土燃料 として用い られ

中l こ含まれてい る7ッソが酸化剤 として用い られる

J 'イ p C l ラt /トは 唖 々利用されてきているが捻虎特性の研究は あま り行われていない ト 3 1 .本研究において, i.

の粒径.形状.混合丘 と

の粒径をJ {ヲメータに伝 統速度特性を求めるとともに

等の燃焼速度触媒 を混合 した もの も用いた｡金属 と

では披枚的強度 が小さいので.境枕的強度を改巷するために. :イ ･ /ダ にバイ トンを もちい,混合丑は

wt % とした｡

パイ トンを

2 d %混合 した とき

における理飴 断熱火炎取掛

を

%混合 した ときに鑑大値

Eに達 し.このときにはば化学丑盆比に相当す る もの と考えられる｡理論断熱火炎温度が凍大悟を とる 領域{･ は

バイ ロラン トは伝虎 しないが.

の混合丑を増加 し

の混合丑が

%以上

0 wt %

1992年8

月

日受理

+日産 自動車榊宇宙航空中英部 研究開発センタ‑

〒

埼玉RI H越市的切新町

l

FAX 0492‑31‑1116

…細谷火工㈱技術開発セ ンター

〒197

東京市秋川市大沢

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FAX 042

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0 20 40 60 80 EM9.I

Fig.l Adiabadc血metemperatureandmoleper‑ centotproductsforMgrrFpyrohntsasa hJICtionoE

^SM.･

の領域{. 燃焼する｡

2.

理協性能

放免圧力

におけ る

バイ F ,ラン トの 理絵断熱火炎温皮 4 )を求めて

に示す｡バイ ト

I /の混合点は

%で一定であ り.残 りの

%は

と

‑ Cある

の混合

的

wt %に した と

き火炎温度は穣大

に逮 している｡里に

の

程合丘を増加 してい くと火炎温度は減少す る頼向にあ

る

の混合丑が

wt 9 6の とき.すなわち

を混

55

80 70

F的.2 Burming rate oEMgrrF pl yTqlants as a 血mctionofEbbatdiHercntdiaJne加 ofMg

par t i de

合

していない

とJ ;イ トンだけの租合.断熱火炎温 度は

30K

である｡さらにMgと燃塊生成物である岬

のモル言分串を求めて

,Fig.

1に示 した｡ 火炎温度 が叔大 となる

‑30

v t %の ときに

2のモル首分 率は最大にな り.

を

混合 してい くと

が生成さ れ ると同時に

滅少 して

い く｡ このことから

タ Jの ときに化学

皿盤比に連 しているものと 考えられる｡

実験括

果及び考察

衣料は

を混合 したのち

Dの大 き

さにプレスで皮相成型 し燃虎妖故l こ用いた｡大気中に 妖科

をセ ットして宕火薬で推進薬上面に点火 し燃虎 さ せ.燃焼状況を ビ

デオカJラで撮影 し解析 し.燃最速 収の測定を行った｡雰囲気ガスは

空気であ り,空先中 の 酸 乗に上り伝最速鑑への影野が生 じ

うるものと考え られるが,反応相が帝いため形軌 土小さく無現 し

うる ものと考えられる) ) .同一条件

回以上軽焼妖艶を 行い

燃最速皮の再現性を稀正 した｡熱分解特性は

の試料

を集塵丘分析計を用い.圧力

乗ガス雰囲気.昇温速度0. 3 3 K/ Sの

条件で測定 した｡

3.I Mg

の混合tと

地境速度との蘭係

の混合

と魚境速度の

関係を求めて

2

に示す

の平均粒径は

l

Dで

の平均粒径 は

d )と

nの ものを用いた

Mg

の粒径 (

.

が

で.E 叫が

のとき燃娩速射

/ SI C,E H.

が

wt %の とき8

/ Sに増加 している

≠

80

10

6 ll i3

6̀ Ll

4

21200 1400 1

6

E.K

Fjg.4 Bumi ngrateoEM

g

10

8

ミ

巨6 tI 4

2

0 0

^{0 0}

2000 Z.CTR

Z /

JTI) Fig.5 Zluming rate ofMg/rF p

yTOhnt8aS a funcdoZI

Of

F partide

か･

すなわち最終火炎温度の

増加I l伝挽速庇の増加に寄与 していないことが得ら

3.3 Mg

の嚢面積 と燃焼速度の脚俵 れた｡

Mg

の粒子

の表面税を求めるため屯子規故故を用い て

粒子を

300

倍に拡大 して観察 した｡粒径はば ら ついているが形状は球形{･り.

平均粒径を用いて来両 統を井出 した｡単位体墳当た りに含まれて

いる

子の表面

: と伝統速度の朗係を

5

に示す｡燃焼 E E力

である

の

袋面

: を増加すること で燃虎速度は増加する頼向

にある｡ 衷面前が

で

の

粒径が

nの とき伝鹿速度は

/

で.

TF

の粒径が

D f L nのとき伝境速射

t E D/ Sである｡ 表面項が

D )に糊加すると

､TF

の粒径が

F J I Z ) の

時,燃焼速度は約

Sで

の粒径が

f l n の

とき.燃焼適齢 土約

/ Sと喪面前が

倍に増加す ろ

ことで愚鹿速度は

倍に増加 している｡ さらに.

TF

の粒径によっ

て伝統避妊はおおきく変わ っている 那. Mg 粒子の液面掛

こ比例 して燃焼速射 ま増加 して いる｡ Mg の形状を変

えた ときの愚見速度特性を求めた｡

J tイ t ,ラ･ /トの組成

TF

/

:イ ト

である｡ りんべん状の

g

の粒径は

n相当{･

あ り.球形の

の粒径は

t nである｡俵塊面前の 小 さな球形の

を用いたとき燃焼速度 は

1.29血/

8で あ り.燃焼面前の大 きな りんべん状の

g

を用いたと き愚最速皮は

/ Sと大きく増加 してい

る｡ このよう に

バイt 'ラ' / トの稔虎速射

土Mg

粒子の表面

恥 こ大 きく形啓を うけ. 上って伝焼迎鹿が坪速 Mg 粒子の表面近傍の反応に

Fig.8 B

un h

血mCdonoEEz.. る｡3

熱盤丑分析は昇温速度0･

の燃焼劾串

b.

正加 ･

.富戸 気ガスに垂乗を用いて乗施 した

1073K

まI C昇阻 し大 気温度にもどした扱.残さ

の韮丘を耐定 した｡残さが すべて

または

Zである

と仮定 し

Zの丑 を井 出 L.

の反応割合を

の伝枚

効串紬.と定 義 した｡

/

g)x100‑‑･‑^････････(日

ここ

2中の

の瓜丑.

(Mg)

は初期妖科に含 まれ る

の放血であ

る

の混合 丑が

以上になると

に示す ように理 為計井上

2は生成 されない｡ しか し

.3.3

等Ⅰ で 示 したように

Mg

l l表面か ら反応 していることか ら.

E

･ 3 叫 %でも M

は生攻す るものと仮定 した ｡

バイ t 'ラt /トの

の壕鏡効串甘 粕 と

Mg

の 混合丑 との関係を

に示す

の混合

丑は

9 6か ら

0 wt Xに増加 し

の平均粒径

は

J 川 の細 粒を用い

の粒径を

t n

と変えた

の混合 丑を増加す ることで

の伝

統効串は叔少 している｡

Mg

粒子 1つ当た りの表面からの燃焼

疎さBも

の混 合丑を増加することで瀬少 している｡ こ

のことか ら.

Mg

の混合畳が少ない鎖域では

が

と

反応 しやす いが.

の 放 生割合が少ないため中位比丘

当た りの 発熱丘が小さく億競速まの増加につながちない

ものと 考えられ る

の とき.

F

の粒径を小 さ くすることで

の低能効率は

30

タ iか ら

に低 下 している｡ このようにTFの粒径に1っ

て

の伝境 効率に大 きく抄響 して くることが和 られた

粒子

tx

9E

S

B

q

･ %

Rg.8 CombustionmodelofMgJTFpyro

l

50 60E

Ng一 7 0

i

%

m en

rates.

応す る｡

(3)Mg粒子は表 面か ら深 さJ反応す る と気相‑放

出 され る｡

(4)Mg粒子の反応速度rp

はTFの粒径の関数であ る｡

以上の関係を数式化す ると.最先速度rは単位長 さ

を時間で測 った もの{･r=I 得 られ ることか ら,

/t･m (2)

とな り

L=8/.rp

単位長 さ当た りに含 まれ る粒子の数りの

l/3

m

桝=

ガL/3=

I /

となる｡ゆえに

r‑I/

B( 1 / p

(

･p

B)IJ3･r.･如 ･･･(4)

{･ある｡ ここで.中仙:Mgの粒径

,孤:

,

〜:

r:Mg/ T

F

r

Mg粒子 の反応速度 .

t:Mg粒子1つ 当た りの反応 時間.6:反応深 さ (Fig.

7の値を用い る).p:バイ t･ラ ン ト密度 .PNB

:Mgの硬度.EM.:Mgの混合丑 で ある｡ 以上の ことか

ら

.Mg/ TF

関数 と してあ らわ され る｡ (4) 式のr

, はぞ

の時の.くイ ロラン トの燃境速度r を用 いて求め る｡Mgの粒径QM,=24F

Hnと一定 でTF の粒径がか=600FLnの ときr,=0･63En/S

.TFの粒径￠

r=6fLtnの ときT,=0

･201血/Sとな る｡TFの粒径に よ り.

反応速度が異

なるのは.乗帝Mgとの接触面帝が異な るため と考 え られ る｡

(4)式 よ り求め た

r

に示す｡TFの粒径が大 きい時 には.計井 に よ り求

めた

r

さい場合は計井値の

r

等

この ことか ら,

Mgが表面か ら一様に像娩 してい るモ デルで評価す るこ

とが可能 と考えられ る｡

5.

括 鎗

(1)Mg/ TF

加 す ることで増加す る鮪向にある｡

(2) バ

イ pラ･/ ト中のTFの粒径を小 さ くす ると燃 虎速度は減少 し.Mgの粒径を小 さ

くす ると燃 焼速 度 は増 加 しTF,Mgの粒 径に 1 り

稔税速 度は大 きく変化 している｡

(3) バイ t,

ラ･/ トの燃焼連取 土坤位体胡当た りに含 有 されてい

るMg粒子の表面掛 こ比例 し,TFの 粒径に よって比例定故は爽

なる｡ Jtイ T,ラン ト の燃焼速度は.表面近傍の

反応に よって紳逮 さ れてい る｡

(4)Mg/ TF

イ pラン トにZrを混合 してい くと燃 焼速度は増 加 し.Zrを5wt%か ら

1

す ると燃焼速度は1.4倍に連 している｡

(5) バイ pラl/ ト中のMgの燃 焼効率 はMgの混 合

丘が少 ないほ ど大 き く,反応輝 きBはTFの粒 径が大 きいほ ど大 きい｡ この反応深 さβを

て.Mg が襲面か ら一様に反応 し,反応探 さ

でMg

放出 され るモデルでパイ F ･ラ. /

トの燃焼避妊を評価することが{･ きる｡

謝 辞

本研究を行 うに当た り.唖 々御助言をいただ きま し た.防市庁技術研究本部 妨 3研究所 久保田 2部長 に好 く御礼申 し上げます｡

文 献

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1971.

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