JP3656092B2 - 推力可変噴射器の精密加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙往還機等の宇宙空間を航行し、地上に帰還する飛行体の姿勢制御等に使用される姿勢制御用推進器（以下スラスタという）に装備され、航行中の飛行体の姿勢制御に応じて、推進力を可変制御できるようにした推力可変噴射器の精密加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に宇宙往還機等の宇宙空間を航行するとともに、地上に帰還するように運用される飛行体の姿勢制御を行うためのスラスタは、宇宙空間の航行時には、姿勢制御の精度を高めて、ミッション精度を高めるため、さらには、飛行体に設けられる有限の容積空間内に搭載する過酸化水素（ＭＭＨ）等の推進薬、および過酸化窒素（ＮＴＯ）等の酸化剤からなる推進剤の制約からミニマム・インパルス・ビットを小さくとれ、小さな推力を発生させるようにして小量の推進剤で姿勢制御を行い、宇宙空間を航行する飛行体の長時間にわたる姿勢制御を行えるようにすることが望ましい。
【０００３】
一方、宇宙空間を航行した飛行体が地上に帰還するとき、大気圏へ突入した後の再突入フェーズ以降の大気中の航行においては、空力擾乱による姿勢変化が大きくなるために、時間的には短いが飛行体の姿勢制御および飛行機体のトリムを確保するために、スラスタには比較的大きな姿勢制御のための推力を発生させることが要求される。
【０００４】
このため、地上から打上げられ、宇宙空間を航行した後、再び地上に帰還させるようにした飛行体においては、各飛行フェーズでの姿勢制御に必要なスラスタの推力要求を満たすため、大推力、および小推力の推力容量の異る２種類のスラスタが搭載され、各飛行フェーズでの姿勢制御に必要とする推力要求により使い分けるようにしている。
【０００５】
すなわち、従来のスラスタは、推進薬タンクおよび酸化剤タンクからそれぞれ供給された推進薬および酸化剤を、個別に燃焼室に噴射させて燃焼させる噴射器は、一定の孔径にされた噴射ノズルを使用するようにしているために、宇宙空間航行時の姿勢制御に必要な小さな推力発生と、再突入フェーズ以降の姿勢制御に必要な大きな推力発生との一方にしか使用できず、このために大きな推力を発生させることのできる大孔径の噴射ノズルを具えたスラスタと、小さな推力を発生させるための小孔径の噴射ノズルを具えたスラスタとの２種類のスラスタを搭載し、各飛行フェーズにおける姿勢制御に要求される推力の大きさによって、２種類のスラスタを使い分けて使用するようにしていた。
【０００６】
しかしながら、２種類のスラスタを搭載することは、飛行体の部品点数、配管の増加につながり、また、設置場所上の制約が生じ、さらには、姿勢制御システムの信頼度が低下するとともに、飛行体の重量増大を余儀なくされ、飛行体に搭載する有効貨物、いわゆるペイロードが低下するとともに、コストが増大するという不具合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の一定孔径の噴射ノズルを使用するようにした噴射器と異なり、大推力を発生させる必要がある時に使用する大孔径の噴射孔と、小推力を発生させる必要がある時に使用する小孔径の噴射孔の両方を１枚のプレート上に設け、このプレートをそのまま噴射ノズルとしても使用するようにしたプレートレット噴射器を設け、従来、大小の推力を発生させるために２種類のスラスタを必要としていたものを、１種類のスラスタに減らすことができ、部品点数、配管が減少し、設置スペース上の制約が解消するだけでなく、姿勢制御システムとしても簡略化することができ、信頼性に富むものにでき、さらには、部品点数、配管等の減少により重量が減少し、飛行体のペイロードを増大させることができるとともに、コストを低減することのできる推力可変噴射器の精密加工方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の推力可変噴射器の精密加工方法で製作される推力可変噴射器は、次の手段とした。
【０００９】
（１）大径にされ大推力を発生させる酸化剤を燃焼室に供給する大径酸化剤流路および推進薬を同様に供給する大径推進薬流路からなる大径推進剤流路、並びに、小径にされ小推力を発生させる酸化剤を燃焼室に供給する小径酸化剤流路および推進薬を同様に供給する小径推進薬流路からなる小径推進剤流路をそれぞれ設け、酸化剤、推進薬からなる推進剤をそれぞれ大径推進剤流路又は小径推進剤流路を介して燃焼室に供給し、宇宙空間を航行する飛行体の姿勢制御に必要な大きさの推進力を、必要とする時に発生させることのできるプレートレット噴射器を設けた。
【００１０】
なお、プレートレット噴射器は、全体を円板状の薄板で形成し、複数枚の薄板を積層し、しかも、上下に積層される薄板にそれぞれ穿設された大径推進剤流路並びに小径推進剤流路がそれぞれ対応する推進剤流路と連通するように積層して成形し、内部に噴射ノズルが形成できる所定の厚みのものにすることが好ましい。
【００１１】
また、プレートレット噴射器に設ける大径酸化剤流路又は小径酸化剤流路は、大径推進薬流路又は小径推進薬流路よりも、プレートレット噴射器の軸心側に設けるようにするとともに、小径酸化剤流路および小径推進薬流路は、それぞれ供給面側から噴射面に向う途中で分岐させて、燃焼室内に分岐させたそれぞれが離隔して開口するようにすることが好ましい。
【００１２】
（２）プレートレット噴射器の軸心回りに回動し、プレートレット噴射器に設けた大径推進薬流路もしくは小径推進薬流路の開口をそれぞれ開閉し、開放された推進薬流路に外部から導入した推進薬を供給する噴射マニホールドを設けた。なお、噴射マニホールドは、大径推進薬流路、小径推進薬流路を個別に開閉できるようにするとともに、大径推進薬流路と小径推進薬流路とを同時に開閉できるものにすることが好ましい。
【００１３】
（３）噴射マニホールドの内部をプレートレット噴射器の軸心回りに回動し、プレートレット噴射器に設けた大径酸化剤流路もしくは小径酸化剤流路を開閉し、開放された酸化剤流路に軸心に沿って穿設された酸化剤導入孔により外部から導入した酸化剤を供給する内軸を設けた。
なお、内軸は大径推進薬流路、小径酸化剤流路を個別に開閉できるようにするとともに、大径酸化剤流路と小径酸化剤流路とを同時に開閉できるものにすることが好ましい。
【００１４】
（４）噴射マニホールドの回動により開放された大径推進薬流路又は小径推進薬流路に貯蔵タンク等から噴射マニホールド内に供給された推進薬をそれぞれ供給する大径および小径の推進薬供給路、および内軸の回動により開放された大径酸化剤流路および小径酸化剤流路に貯蔵タンク等から酸化剤導入孔に供給された酸化剤をそれぞれ供給する大径および小径の酸化剤供給路とからなる推進剤供給路を設置した外軸を設けた。
なお、推進剤供給路は、それぞれをプレートレット噴射器の軸心回りに独立に回動させるようにした噴射マニホールドと噴射マニホールドの内部で回動する内軸と介装して設けられ、プレートレット噴射器と同軸状に配置するようにした外軸に穿設して設けるようにしている。
【００１５】
このように、本発明の推力可変噴射器の精密加工方法で製作される推力可変噴射器は、プレートレット噴射器の上方に、軸心部に軸心に沿って酸化剤導入孔が穿設され、軸心まわりに回動できる内軸が設けられるとともに、内軸の外側には、内軸の所定回動時に酸化剤導入孔とプレートレット噴射器に設けた大径酸化剤流路又は小径酸化剤流路とをそれぞれ独立に、又は同時に連通させることのできる酸化剤供給路、および噴射マニホールドの所定回動時に噴射マニホールド内とプレートレット噴射器に設けた大径推進薬流路又は小径推進薬通路とをそれぞれ独立に、又は同時に連通することのできる推進剤供給路を設けるようにした外軸を設け、さらに、外軸の外側には、外軸のまわりを回動し、所定回動時に推進剤供給路の開口部を開閉する開閉蓋を設けるとともに、外部からの推進薬を推進剤導入口から導入する噴射マニホールドを画成する、ハウジングからなるものとした。
【００１６】
本発明の推力可変噴射器の精密加工方法で製作される推力可変噴射器は、上述（１）〜（４）の手段により、飛行体の姿勢制御のために大推力を発生させる必要がある時には、内軸を回動させることにより酸化剤導入孔と大径酸化剤流路とを連通する大径の酸化剤供給路で連通するとともに、必要に応じて酸化剤導入孔を小径酸化剤流路とを連通する小径酸化剤供給路で連通し、また、噴射マニホールドを回動させることにより噴射マニホールド内と大径推進薬流路とを連通する大径の推進薬供給路で連通するとともに、必要に応じて噴射マニホールド内と小径推進薬流路とを連通する小径推進薬供給路で連通することにより、燃焼室内には大量の推進剤が供給され、再突入フェーズ以降等の大きな姿勢変化を必要となるときの姿勢制御のための大推力を発生させることができる。
【００１７】
また、宇宙空間を航行しているときのように、飛行体には大きな擾乱は作用せず、姿勢制御には小さな推力を発生させるだけで良いときには、内軸をさらに回動させることにより、酸化剤導入孔と小径酸化剤流路とを小径の酸化剤供給路で連通するとともに、噴射マニホールドを回動させることにより噴射マニホールドに開口する大径推進薬流路を開閉蓋で閉鎖し、噴射マニホールド内と小径推進薬流路とを小径推進薬供給路で連通し、燃焼室内には姿勢制御に必要とする少量の推進剤を供給することができる。
【００１８】
これにより、従来、大小の推力を発生させることのできる２種類のスラスタを必要としていた飛行体は、１種類のスラスタを装備するだけで良く、部品点数、配管が減少し、設置スペース上の問題が解消するだけでなく、姿勢制御システムも簡略化され、信頼性の高いものにすることができ、さらには部品点数、配管等の減少により重量を減少させることができ、これにより、飛行体のペイロードを増大させることができるとともに、飛行体のコストを低減することができる。
【００１９】
また、本発明の推力可変噴射器の精密加工方法は、次の手段を採用した。
【００２０】
（５）推力可変噴射器に設けられ、燃焼室に供給される推進剤を可変にするプレートレット噴射器が、ステンレス薄板に大径推進剤流路および小径推進剤流路から形成される噴射孔をそれぞれ穿設して形成する噴射孔形成工程。
【００２１】
（６）ステンレス薄板に穿設された噴射孔をそれぞれ連通させて、ステンレス薄板を複数枚積層して、噴射ノズルとしての機能とともに、積層されたステンレス薄板内で小径推進剤流路を分岐させることのできる所定の厚みのものにする積層工程。
【００２２】
（７）積層工程で積層された複数枚のステンレス薄板を固相拡散接合して一体化する接合工程。
なお、ステンレス薄板は、全体を薄板の円板状のもので形成することが好ましく、また、大径酸化剤流路又は小径酸化剤流路は、それぞれ大径推進薬流路又は小径推進薬流路よりも、円板状の薄板の軸心側に設けるようにするとともに、小径酸化剤流路および小径推進薬流路は、積層の途中で分岐させて燃焼室内にそれぞれ離隔して開口させることができるものにすることが好ましい。
【００２３】
これにより、プレートレット噴射器に複数穿設される大径推進薬流路、大径酸化剤流路、小径推進薬流路および小径酸化剤流路からなる、いわゆる、噴射孔が孔径１ｍｍ以下であり、また、最短噴射孔間隔が０．３ｍｍ〜０．５ｍｍになるものであっても、要求される加工精度を充分にクリヤできるものとすることができる。
また、ステンレス薄板を積層してプレートレット噴射器を成形するときの接合時に、小さい孔径の噴射孔が埋められることなく接合でき、接合による寸法変化の小さいものにすることができる。
【００２４】
さらに、ステンレス薄板の個々にあけられた噴射孔を連通させて積層して成形するので、プレートレット噴射器内に形成される噴射孔の形成が容易になり、しかも機械加工では困難な形状のものに自在に形成することができ、可変推力噴射器の性能を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の推力可変噴射器の精密加工方法、および推力可変噴射器の精密加工方法で製作された推力可変噴射器に使用されるプレートレット噴射器の製造方法の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の推力可変噴射器の実施の第１形態を具えた推力可変スラスタの基本構造を示す断面図である。
【００２６】
図に示すように、推力可変スラスタは、ＭＭＨ等の推進薬４、ＮＴＯ等の酸化剤５からなる推進剤６の流量を制御して燃焼室７に供給する推力可変噴射器２と、供給された推進剤６から高温、高圧の燃焼ガスを発生させてノズル８から噴射させて推力を発生させる推力発生器３とからなる。
なお、同図において９は、後述する内軸１０およびハウジング１１を回動させるため油圧アクチュエータ等で駆動されるギヤである。
【００２７】
図２は、図１における推力可変噴射器２の詳細を示す断面図で、図２（ａ）は左側が大径推進剤流路２１を構成する大径推進薬流路２２および大径酸化剤流路２３が開放された状態、右側が小径推進剤流路２４を形成する小径推進薬流路２５および小径酸化剤流路２６が開放された状態をそれぞれ示す縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける図２（ａ）の右側の状態の小推力時の横断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける図２（ａ）の左側の状態の大推力時の横断面図である。
なお、図２においては、図１に示す推力可変噴射器２における酸化剤導入孔を含む酸化剤供給口と酸化剤ベント孔の配置を変更したものを示している。
【００２８】
図２に示すように、推力可変噴射器２は、小径推進薬流路２５および小径酸化剤流路２６からなる小径推進剤流路２４並びに大径推進薬流路２２および大径酸化剤流路２３からなる大径推進剤流路２１がそれぞれ穿設され、飛行体の姿勢制御に必要な推力の大きさに応じて、推進剤６の流量を制御して燃焼室７に噴射するとともに、後述するハウジング１４の内周面に固定された円板状の薄板を積層して、ノズルを形成できる厚みにされたプレートレット噴射器１０が設けられている。
【００２９】
なお、プレートレット噴射器１０内に穿設される推進薬流路は、大径推進薬流路２２、および小径推進薬流路２５ともに酸化剤流路、すなわち、大径酸化剤流路２３および小径酸化剤流路２６、よりも外周側に配置されるようにするとともに、プレートレット噴射器１０の供給面３８にあけられる小径推進薬流路２５、小径酸化剤２６ともに、図２（ａ）のＡ部詳細図である図３に示すように、プレートレット噴射器１０の内部で２分岐して、噴射面３９ではそれぞれ２個の開口が形成されるようにしている。
【００３０】
この場合においても、噴射面３９に開口する小径推進薬流路２５は、小径酸化剤流路２６の外側を対になって配設されるようにしている。
また、プレートレット噴射器１０の軸心部に立設され、軸心に沿って穿設された小径酸化剤導入孔２８、および軸心と平行に穿設された大径酸化剤導入孔２９からなる複数の酸化剤導入孔２７が内部に穿設された内軸１１が設けられている。
【００３１】
この内軸１１は、前述したように図１に示すギヤ９によってその軸心まわりに回動できるようにしている。
また、この内軸１１の外側には同様にプレートレット噴射器１０と同心状にして立設され、スラストベアリング３９、Ｏーリング４０が介装され、前述したように、回動する内軸１１と摺動自在にされて、小径酸化剤導入孔２８と小径酸化剤流路２６とを連通し、後述する大径酸化剤供給路３４とともに酸化剤供給路３０を構成する小径酸化剤供給路３１および後述する噴射マニホールド１３と小径推進薬流路２５とを連通し、また、後述する大径推進薬供給路３５とともに、推進薬供給路３３を構成する小径推進薬供給路３２、並びに大径酸化剤導入孔２４と大径酸化剤流路２３とを連通する、大径酸化剤供給路３４および噴射マニホールド１３と大径推進薬流路２２とを連通する大径推進薬供給路３５を内部に穿設した外軸１２が設けられている。
【００３２】
本実施の形態では、外軸１２は、プレートレット噴射器１０と固定され、酸化剤供給路３０と大径酸化剤流路２３、小径酸化剤流路２６および推進薬供給路３３と大径推進薬流路２２、小径推進薬流路２５との連通を保持するようにしている。
さらに、外軸１２の外側には、、プレートレット噴射器１０の外側面を内周面で固定する下側ハウジングおよび外軸１０の外周面との間にＯーリング４０を介装し内周面が摺動する上側ハウジングとからなり、下側ハウジングと上側ハウジングとの間に推進薬供給路３３と連通する噴射マニホールド１３を外軸１２の外周に形成するようにしたハウジング１４が設けるようにしている。
【００３３】
また、ハウジング１４のうちの上側ハウジングには、余剰の推進薬４を外部に放出する推進薬ベント孔１５が穿設されるとともに、画成された噴射マニホールドの内周部に周方向に等ピッチに配設され、上側ハウジングの回動により噴射マニホールド１３と、これに開口する推進薬供給路３３との開閉を行う開閉蓋１６が配設されている。
さらに、噴射マニホールド１３を設けるようにしたハウジング１４の下部外周には、推進薬４を噴射マニホールド１３内に外部から供給するための推進薬供給孔１７に穿設したブロック１８が、燃焼室７を形成する外筒１９との間に介装されるとともに、推進薬供給孔１７が穿設されてないブロック１８の内周面が、ハウジング１４に画成された噴射マニホールド１３の外周を閉鎖するようにしている。
【００３４】
また、ハウジング１７の上方には、中央部に内軸１１の上端を貫通させるとともに、酸化剤５を供給する酸化剤供給口３６と余剰の酸化剤５を外部に排出するための酸化剤ベント孔３７を設けた上蓋２０が設けられている。
【００３５】
推力可変噴射器では、飛行体の姿勢制御に大推力が要求される場合には、図２（ｃ）に示すように大径推進薬供給路３５、小径推進薬供給路３２の両方を開放するとともに、大径酸化剤供給路３４、小径酸化剤供給路３１の両方を開放する必要があり、また小推力が要求される場合には、図２（ｂ）に示すように小径推進薬供給路３２のみを開放するとともに小径酸化剤３１を開放する必要がある。
【００３６】
このように推力可変噴射器では大推力、小推力用の両方の推進薬４及び酸化剤５の流路を確保するとともに開閉操作の必要が有り、その流路、開閉制御は複雑なものとなる。
【００３７】
しかしながら、本実施の形態の推力可変噴射器２では、上述のように構成されているので、推進薬４を供給する噴射マニホールド１３を回転することによって大推力及び小推力用の大径推進薬供給路３５および小径推進薬供給路３２、換言すればプレートレット噴射器１０に設けられた大径推進薬流路２２および小径推進薬流路２５からなる推進薬噴射孔の開閉を行うとともに、内軸１１を回転することによって、大推力及び小推力用の大径酸化剤供給路３４及び小径酸化剤供給路３１、換言すれば、プレートレット噴射器１０に設けられた大径酸化剤流路２３および小径酸化剤流路２６からなる酸化剤噴射孔の開閉を行い推力可変とすることができる。
【００３８】
従って、姿勢制御のために大推力を発生させる必要がある時には、内軸１１を回動させることにより酸化剤導入２７と大径酸化剤流路２３とを連通する大径酸化剤供給路３４で連通し、また、小径酸化剤流路２６を小径酸化剤供給路３１で連通するとともに、噴射マニホールド１３を回動させることにより噴射マニホールド１３内と大径推進薬通路２２とを連通する大径の推進薬供給路３５で連通し、また、小径推進薬流路２５を小径推進薬供給路３２で連通することにより、燃焼室７内には大量の推進剤６が供給され、再突入フェーズ以降等の大きな姿勢変化を必要とするときの姿勢制御のための大推力を発生させることができる。
【００３９】
また、小さな推力を発生させるだけで良いときには、内軸１１をさらに回動させることにより酸化剤導入孔２７と小径酸化剤流路２６とを小径の酸化剤供給路３１で連通するとともに、噴射マニホールド１３を、さらに回動させることにより、噴射マニホールド１３に開口する大径推進薬流路２２、すなわち、大径推進薬供給路３５を開閉する蓋１６で閉鎖して噴射マニホールド１３内を小径推進薬流路２５のみを小径推進薬供給路３２で連通し燃焼室７内には姿勢制御に必要とする小量の推進剤６を供給することができる。
【００４０】
これにより、従来、大小の推力を発生させることのできる２種類のスラスタを必要としていた飛行体は、１種類の推力可変スラスタ１を装備するだけで良く、部品点数、配管が減少し、設置スペース上の問題が解消し、さらには、姿勢制御システムも簡略化され、信頼性の高いものにすることができる。
また、推力可変スラスタ１を１種類装備するだけで良いために、部品点数、配管等の減少により重量を減少させることができ、これにより飛行体のペイロードを増大させることができるとともに、、飛行体のコストを低減することができる。
【００４１】
次に、前述した推力可変噴射器２に使用される薄い円板を積層して、噴射ノズルが形成できるとともに、小径推進剤流路２４を２分岐できる厚さにして形成される、プレートレット噴射器１０の製造方法の実施の第１形態について説明する。
【００４２】
図４に示すプレート噴射器１０を形成する円板状の薄板は、ＳＵＳ３２９Ｊ１型二相ステンレス鋼（以下ステンレス薄板という）４２素材として使用するようにした。
この素材でプレートレット噴射器１０を製作するため、図５に示すように、あらかじめレーザ加工、フォトエッチングにより、大径推進薬流路２２、大径酸化剤流路２３、小径推進薬流路２５および小径酸化剤流路２６からなる、いわゆる噴射孔４１を形成する。
【００４３】
次いで、図６に示すように、噴射孔４１を形成したステンレス薄板４２に形成された噴射孔４１が、上、下の薄板にあけられたものと連通するようにして複数枚積層、固相拡散接合することによって酸化剤５、推進薬４の複雑な大径推進剤流路２１および小径推進剤流路２４（以下総称して噴射孔４１という）を形成させたプレートレット噴射器１０を製作した。
【００４４】
このプレートレット噴射器１０の噴射孔４１の孔径は、φ１．０ｍｍ以下、また噴射孔４１間隔は、最短で約０．３〜０．５ｍｍであるために、数１０μｍレベルの加工精度が要求される。
また、ステンレス薄板の拡散接合法には、液相拡散接合と固相拡散接合の２種類があり、精密接合という点では液相拡散接合の方が優れるが、本実施の形態におけるプレートレット噴射器１０の場合、その噴射孔径が上述したように極めて小さいので、液相拡散接合では接合時に埋まってしまう可能性が大きいため、拡散接合時の噴射孔径の寸法変化の少ない精密固相接合法を開発し、この接合法によりプレートレット噴射器の製作を行った。
【００４５】
また、本材料としてステンレス薄板４３を適用して製作されるプレートレット噴射器１０は、図７に示すように本材料の（δ＋γ）２相温度域で組織制御（等軸微細組織）し、その温度域で固相拡散接合を行うようにした。
これにより、本材料は組織の等軸微細化による（δ＋γ）２相温度域において超塑性特性を発現するため、その特性を利用し、短時間、低加圧力での精密接合を狙いとしている。
【００４６】
図８に本材料を接合温度：１０００℃、接合時間１０分の条件で固相拡散接合した断面ミクロ組織を示す。
写真中央部に積層薄板の界面が位置するが、未接合部分はなく、接合が完了していることがわかる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の推力可変噴射器の精密加工方法により製作された推力可変噴射器によれば、酸化剤を供給する大径酸化剤流路および推進薬を供給する大径推進薬流路からなる大径推進剤流路、並びに酸化剤を供給する小径酸化剤流路および推進薬を供給する小径推進薬流路からなる小径推進剤流路をそれぞれ穿設したプレートレット噴射器、プレートレット噴射器の軸心回りに回動し、内部に導入した推進薬を大径推進薬流路もしくは小径推進薬流路を開閉して燃焼室へ供給する噴射マニホールド、噴射マニホールドの内部に同軸状に設置されプレートレット噴射器の軸心回りに回動して、軸心に沿って穿設された酸化剤導入孔から導入された酸化剤を前記大径酸化剤流路もしくは小径酸化剤流路を開閉し燃焼室へ供給する内軸、噴射マニホールドと内軸との間に同軸状に介装され、噴射マニホールドの回動で開放された大径推進薬流路若しくは前記小径推進薬流路に推進薬をそれぞれ供給する推進薬供給路、および前記内軸の回動で開放された前記大径酸化剤流路若しくは前記小径酸化剤流路に前記酸化剤をそれぞれ供給する酸化剤供給路が設置された外軸とを設けるものとした。
【００４８】
これにより、大推力を発生させる必要がある時には、内軸を回動させることにより酸化剤導入孔と大径酸化剤流路とを連通する大径の酸化剤供給路で連通するとともに、噴射マニホールドを回動させることにより噴射マニホールド内と大径推進薬通路とを連通する大径推進薬供給路で連通することにより、燃焼室内には大量の推進剤が供給され、大推力を発生させることができる。
【００４９】
また、小さな推力を発生させるときには、内軸を回動させることにより酸化剤導入孔と小径酸化剤流路とを小径の酸化剤供給路で連通するとともに、噴射マニホールドを回動させることにより噴射マニホールドに開口する大径推進薬流路を開閉蓋で閉鎖し、噴射マニホールド内を小径推進薬流路とを小径推進薬供給路で連通し燃焼室内には姿勢制御に必要とする小量の推進剤を供給することができる。
【００５０】
これにより、従来、大小の推力を発生させることのできる２種類のスラスタを必要としていた飛行体は、１種類のスラスタを装備するだけで良く、部品点数、配管が減少し、設置スペース上の問題が解消するだけでなく、姿勢制御システムも簡略化され、信頼性の高いものにすることができ、さらには部品点数、配管等の減少により重量を減少させることができ、これにより飛行体のペイロードを増大させることができるとともに、飛行体のコストを低減することができる。
【００５１】
また、本発明の推力可変噴射器製造方法は、前記推力可変噴射器に設けられる前記プレートレット噴射器が、ステンレス薄板に前記大径推進剤流路および前記小径推進剤流路からなる噴射孔をそれぞれ穿設する噴射孔形成工程、前記ステンレス薄板に穿設された前記噴射孔をそれぞれ連通させて、前記ステンレス薄板を複数枚積層する積層工程、前記積層孔で積層された前記ステンレス薄板を固相拡散接合する接合工程を採用するものとした。
【００５２】
これにより、プレートレット噴射器に複数穿設される、いわゆる、噴射孔が１ｍｍφ以下孔径であっても、また、最短噴射孔間隔が極端に小さい場合であっても、要求される加工精度のものとすることができる。
また、ステンレス薄板を積層してプレートレット噴射器を成形するときの接合時は、小さい孔径の噴射孔が埋められることなく接合でき、接合時の孔径の寸法変化の小さいものにすることができる。
【００５３】
さらに、ステンレス薄板の個々にあけられた噴射孔を連通させて積層して成形するので、プレートレット噴射器内に形成される噴射孔の形成が容易になり、しかも機械加工では困難な形状のものにでき、可変推力噴射器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の推力可変噴射器の精密加工方法により製作された推力可変噴射器の実施の第１形態を具えた推力可変スラスタの基本構造を示す断面図、
【図２】図１における推力可変噴射器の詳細を示す断面図で、図２（ａ）は左側が大径推進剤流路を構成する大径推進薬流路および大径酸化剤流路が開放された状態、右側が小径推進剤流路を形成する小径推進薬流路および小径酸化剤流路が開放された状態をそれぞれ示す縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける図２（ａ）の右側の状態の小推力時の横断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける図２（ａ）の左側の状態の大推力時の横断面図、
【図３】図２（ａ）に示すＡ部の詳細断面図、
【図４】図２に示すプレートレット噴射器を示す図で、図４（ａ）は供給面を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面図、図４（ｃ）は噴射面を示す図、
【図５】図に示すプレートレット噴射器の製作工程のうちの噴射孔形成工程を示す図、
【図６】図に示すプレートレット噴射器の製作工程のうちの積層工程と接合工程を示す図、
【図７】プレートレット噴射器を製作するステンレス薄板の擬二元素状態図、
【図８】ステンレス薄板を積層して固相拡散接合した断面ミクロ組織写真である。
【符号の説明】
１ 推力可変スラスタ
２ 推力可変噴射器
３ 推力発生器
４ 推進薬
５ 酸化剤
６ 推進剤
７ 燃焼室
８ ノズル
９ ギヤ
１０ プレートレット噴射器
１１ 内軸
１２ 外軸
１３ 噴射マニホールド
１４ ハウジング
１５ 推進薬ベント孔
１６ 開閉蓋
１７ 推進薬供給口
１８ ブロック
１９ 外筒
２０ 上蓋
２１ 大径推進剤流路
２２ 大径推進薬流路
２３ 大径酸化剤流路
２４ 小径推進剤流路
２５ 小径推進薬流路
２６ 小径酸化剤流路
２７ 酸化剤導入孔
２８ 小径酸化剤導入孔
２９ 大径酸化剤導入孔
３０ 酸化剤供給路
３１ 小径酸化剤供給路
３２ 小径推進薬供給路
３３ 推進薬供給路
３４ 大径酸化剤供給路
３５ 大径推進薬供給路
３６ 酸化剤供給口
３７ 酸化剤ベント孔
３７ 供給面
３８ 噴射面
３９ スラストベアリング
４０ Ｏーリング
４１ 噴射孔
４２ ステンレス薄板

Claims (2)

1. 酸化剤および推進薬からなる推進剤の流量をそれぞれ制御して燃焼室に供給する推力可変噴射器において、前記酸化剤を前記燃焼室に供給する大径酸化剤流路および前記推進薬を供給する大径推進薬流路からなる大径推進剤流路、並びに前記酸化剤を前記燃焼室に供給する小径酸化剤流路および前記推進薬を供給する小径推進薬流路からなる小径推進剤流路をそれぞれ穿設したプレートレット噴射器と、前記プレートレット噴射器の軸心回りに回動し、内部に導入した前記推進薬を前記大径推進薬流路もしくは前記小径推進薬流路を開閉して燃焼室へ供給する噴射マニホールドと、前記噴射マニホールドの内部に同軸状に設置され前記プレートレット噴射器の軸心回りに回動して、軸心に沿って穿設された酸化剤導入孔から導入された酸化剤を前記大径酸化剤流路もしくは前記小径酸化剤流路を開閉し前記燃焼室へ供給する内軸と、前記噴射マニホールドと前記内軸との間に同軸状に介装され、前記噴射マニホールドの回動で開放された前記大径推進薬流路若しくは前記小径推進薬流路に前記推進薬をそれぞれ供給する推進薬供給路、および前記内軸の回動で開放された前記大径酸化剤流路若しくは前記小径酸化剤流路に前記酸化剤をそれぞれ供給する酸化剤供給路が設置された外軸とを設けたことを特徴とする推力可変噴射器。
2. 前記推力可変噴射器に設けられる前記プレートレット噴射器が、ステンレス薄板に前記大径推進剤流路および前記小径推進剤流路からなる噴射孔をそれぞれ穿設する噴射孔形成工程と、前記ステンレス薄板に穿設された前記噴射孔をそれぞれ連通させて、前記ステンレス薄板を複数枚積層する積層工程と、前記積層工程で積層された前記ステンレス薄板を固相拡散接合する接合工程とにより製作することを特徴とする請求項１記載の推力可変噴射器の精密加工方法。

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