JPH0370996A - ガス発生器ミサイル発射システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ミサイル発射システムに関するものであり
、特にガス動作圧力および温度の広い範囲にわたって実
質上減少した反動を有するコンテナまたは管からミサイ
ルを発射するシステムおよび方法に関するものである。

［従来の技術］ 液体または固体の適当な燃料の燃焼により発生された圧
力ガスを使用して一コンテナからミサイル等の物体を発
射することが知られている。そのような発射には反動力
を伴い、何等かの方法で補償することができなければ発
射装置或いはその付近の人に危険を及ぼす。

このような反動力を補償するため過去において各種の技
術が使用されている。それにはカウンターウェイトのよ
うな物体、気体ショックアブシーバー、燃焼ブν一ト等
の使用、その他許容できるレベルに反動力を減少させる
ように作用する特別の機器の使用が含ま′れる。このよ
うに反動力を減少させることは行われているが、これら
の従来技術は完全に満足できるものではない。大体にお
いて特別の装置が必要であり、それは製造に費用がかか
るか、或いは動作が比較的複雑であり、そのためシステ
ム全体の動作の信頼性が望ましくない低下を来す。

［発明の解決すべき課題］ 従来のガス発生発射システムはまた好ましくない比較的
高い雑音レベルを伴い、それは時には発射装置付近の住
人に危害を与える。

この発明の主目的は、従来遭遇していた比較的大きな反
動力を受けることなく高圧ガスの使用によりコンテナか
らミサイルのような物体を発射する方法およびシステム
を提供することである。

この発明のさらに別の目的は、実質上減少した音量で動
作ガス圧力および温度の拡大された範囲にわたって動作
することのできるそのような方法およびシステムを提供
することである。

［課題解決のための手段］ これらの目的および以下の説明から明らかとなるその他
の目的は、この発明による発射方法およびシステムによ
って達成される。

この発明の実施においては、細長い中空の管状コンテナ
にミサイルのような推進物体をその前端から装填する。

軽量のピストンがコンテナ内部に位置しており、ミサイ
ルはそれに接触し、ピストンはコンテナの内壁にぴった
りと適合して滑動可能な壁を有している。コンテナの後
端のピストンを越えた位置には推進ガス発生器が中央に
固定されている。

始動時に、推進ガス発生器はピストンをミサイルを駆動
するように加圧し、ミサイルを前端から発射する。同時
にガス発生器からのガスはコンテナの後端から後方に特
別のノズルを通って噴出し、反動効果を減少させるため
にミサイルの慣性力に対して反対の慣性力を与える。ピ
ストンの断面積およびノズルの面積は周囲圧力の影響を
実質上ゼロに減少させるように特に形成されている。さ
らにピストンの断面積のノズルのスロート面積に対する
所定の比率は主として使用されるべき推進燃料の比熱比
によって決定される。

さらに希望されることはミサイルその他の物体がコンテ
ナを離れた後の燃料の燃焼を避けることである。これを
行うために最小の周囲圧力を使用する最小の温度におけ
るピストン室圧力、予期される最大の管またはコンテナ
長、ミサイル発進速度を決定することが必要であり、ミ
サイル発進速度は最小所要速度プラス若干の速度インク
レメントに等しい。速度インクレメントは最大周囲圧力
および最小温度において最小の出口速度が全ストローク
で得られるように選択される。

［実施例］ 第１図乃至第４図を参照すると、この発明によりミサイ
ルのような物体が発射される発射コンテナまたは発射管
は全体を１０で示されている。コンテナは端部の開放さ
れた均一な断面で平滑な内面を有する円筒管で構成され
、その長さは発射されるミサイルおよび以下説明するそ
の他の因子によって変化される。推進される物体１２は
例えばミサイルであり、はぼ円筒形であり、その外径は
コンテナ１０内に滑動できるように適合するように選定
されている。

全体を１４で示したコンテナ発射システムはミサイルが
挿入される前端１８とは反対のコンテナの後端１Ｂ内に
位置している。可動ピストン２０は円筒形の部材であり
孔のおいていない中央壁２２を有し、それは完全にコン
テナ内部空間を横断して延在しその全周のリムまたは側
壁２４と一体に連結されている。ピストンは円形断面で
あり、コンテナ１０の内面に対して滑動できて密封状態
で結合するような外径を有している。ピストンは最初に
ミサイル１２の内端と接触するか、或いはそれと少し間
隔を隔てて位置される。

圧力ガス発生器２Ｂは表面に均一に分布した複数の孔３
０を有する円筒状中空容器２８を備えた通常の構造のも
のであり、この容器２８はキャップ３２に固定されてい
る。発射燃料３４はこのキャップ３２内に配置され例え
ば電気導線３６によって点火される。

発生器２Ｇはコンテナ後端１Ｇのすぐ内側に位置する点
でコンテナの縦軸に沿って対称に設置されている。発射
燃料３４は典型的には固体材料であり、以下詳細に説明
するようにその特性はこの発明の利点を十分に活用する
ために重要である。

一般に発射動作に関して、ミサイル１２はピストン２０
と接触して、或いはそれにら近接してそれと間隔を隔て
てコンテナ内に装填されており、発射燃料３４は点火さ
れ、高圧ガス３８（第３図）はミサイル内端に対してピ
ストン２０を滑動させて移動させ、ミサイルを駆動しコ
ンテナの前端から発射させる。ピストン２０は実質的に
コンテナの内壁に対して密封されているから、高圧ガス
３８はほとんど、或いは全くピストン２０を通過せず、
前方のカは全でピストン２０およびミサイル１２を運動
させるために利用される。

ピストン２０を駆動する発生器により生成されたガスに
加えて、ガスの一部はコンテナ孔内に沿って後方に移動
して後端１６から外方に出て、ミサイルに与えられる対
抗力を生成する。これが以下詳細に説明するシステム中
の反動力を実質上消去する対抗力である。全体を４０で
示したノズルがコンテナの内面上に内側に突出する連続
したリング４２を配置することによってコンテナの後端
ＩＢに隣接して形成されている。このリング４２は直径
りのノズルスロートを形成し、それはコンテナ自身の均
一な直径ｄよりも若干量さい。この発明の有効な動作の
ために必要なこれら２つの寸法の性格な関係について以
下説明する。

後続するこの発明の詳細な説明のために最初に簡単に説
明すると、比較的小さい発射角度でシステムが点火され
るとき生じる空気力学的な力、摩擦力、および重力は発
生器２Ｇの高圧ガスによって生じる力と比較して無視で
きる。それ故これらの力は以下の議論および解析におい
ては無視されている。

説明したシステムによる有利な結果を得るための第１の
本質的な観点は、ピストンの断面積がコンテナの出口面
積（１Ｂにおいて測定された値）にほぼ同一であること
である。これら２つの面積が同じであることによって、
周囲圧力の変化が実質上除去されることが認めら−れた
。この結果は標準のデ・ラバル（ｄｅ　Ｌａｖａｌ）ノ
ズルに適用される原理によって解析されることのできる
プラグノズルとして特徴付けられるノズル４ｏの数学的
解析によって支持されている。ノズル表面に対して作用
する圧力によって得られる推力は数学的に次のように表
される。

Ｆ　　、−Ａ　。

ここで、Ａ１ Ｐ。

推力係数Ｃｔ Ｃ，Ｐ、　　　　　　　　　　　　（１）−ノズルスロ
ートの面積 一ピストン室の圧力 は、 Ｐ、−周囲圧力、Ａｅ−ピストン面積 （１）式の置換により次のようになる。

ここで、 置換においてピストンおよび出口面積の条件は同じであ
ると、上記の式は周囲圧力の影響が消去され、次のよう
に簡単になる。

Ｆ、、−ＡｅＰ、Ｃ，、、（７） ここで、 スロート面積に対する出口面積の比率は、反動力はミサ
イルの前進力と推力との間の正味の力として基本的に定
められる。

Ｆ　ｖａｔ　−Ｆ　ｐ　　Ｆ　ｔｂ Ｆ、−（ｐ、−ｐ、）　Ａｅ　　　　　　（５）ここで
、Ｐｅ−ピストン室の圧力 この場合Ｐ、−コンテナ出口の圧力 反動力のない条件に対し解析を続けるとＣ１，６をＯに
設定しスロート面積に対するピストン面積の比について
解くと次のようになる。

出口面積に対するピストン面積の比は明確に解くことは
できず、（９）式に（４）式を置換することにより次の
ようになる。

ここでａ、ｂ、ｃは次のように定められる。

第７図のグラフはＭ２Ｏとして知られている推進燃料に
対応したγ−１．２７２に対する式（１０）対ピストン
圧力と出口圧力との比の関係を示している。

式（ｌＯ）は例えばピストン圧力と出口圧力との比４．
６２に対して解かれる。ピストン面積とスロート面積と
の比はこの圧力比を式（４）中に置換することによって
解かれ、面積比１．３６５を生じる。

要約すると、全動作周囲圧力範囲に対する最小の反動力
を得るためにまず第１に、ピストン２０の面積は発射管
の出口面積と同じでなければならない。それから（ｌＯ
）式と（４）式との関係によって必要な比Ａｅ／Ａｅが
使用することが所望されている特定の発射燃料に対して
得られる。これら２つの基準に合致したら、発射システ
ムは動作周囲ガス圧力の予想される全範囲にわたって最
小の反動力を得る。

またミサイルが発射管を離れた後の燃料の燃焼を避ける
ことが重要であり、最良の燃料設計と共にこれを行うた
めに最小周囲温度が使用されねばならない。これはピス
トン室圧力Ｐ、が周囲温度増加で指数関数的増加するこ
とから生じる。

さらに説明すると、ミサイルが発射管を離れた後の燃料
の燃焼を避けるために、ピストン室圧力Ｐ、は最小周囲
圧力、最大管長、および要求される最小値プラスある値
δＶに等しいミサイル出発速度において最小温度に対し
て決定される。これらの示された観点に対して以下の関
係式が設定される。

ここで、Ｗｍ−ミサイル重量 Ｖｍ−ミサイル速度 Ｓｇ−ストロークである。

例えば燃料燃焼時間のような多くの設計基準もまた完全
に実用的な発射システムを得るためには考慮されなけれ
ばならない。しかしながらピストン面積と出口面積を同
じに維持し、選択された推進燃料に対するピストンとス
ロートの正確な面積比を与えることによって最少の反動
力にすることができ、それはまた同時に発射中の音響を
減少させる。

第５図および第６図は２つの異なった周囲温度−２５”
Ｆおよび１４０”　Ｆで、１平方インチ当り１４．７ボ
ンドの標準圧力における反動力を示す。図示のように反
動力は予想されたように小さい値である。

この発明は、好ましい実施例に関連して説明されたが、
当業者はこの発明の技術的範囲から逸脱することなく変
更した形態を使用することができることを理解すべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の１実施例の発射システムを備えた
発射管またはコンテナの側部断面図である。 第２図は、発射に先立って配置されたミサイルを有する
この発明の１実施例の発射システムを備えた発射管また
はコンテナを示す。 第３図は、発射直後の第１図に類似した断面図である。 第４図は、第２図に類似した点火直後の発射管を離れる
ミサイルと共に示す。 第５図、第６図、および第７図は種々の動作特性を示し
ている。 １０・・・発射管（コンテナ）１２・・・ミサイル、２
０・・・ピストン、２６・・・高圧ガス発生器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）前後端が開口された連続する孔を有し、前端部口
   径がミサイルを装填することのできる寸法である中空の
   コンテナと、 このコンテナの孔内に配置され、コンテナの内壁と滑動
   できるように接触し、実質上コンテナの後端の内側に位
   置しているピストンと、 所定の燃焼燃料の供給部を含むくコンテナの後端の内側
   のコンテナの孔内に軸方向に設置されたガス発生器と、 このガス発生器とコンテナの後端との間でコンテナの孔
   の内壁に取り付けられ、前記後端における孔の断面積Ａ
   ＿ｅよりも小さい面積Ａ＿ｔの円形スロートを定めてい
   るリング手段とを具備し、前記ピストンは前記後端の孔
   の断面積Ａ＿ｅと実質上同じ断面積Ａ＿ｐを有し、比Ａ
   ＿ｐ／Ａ＿ｅは次の式を解くことによって定められた所
   定の燃料の物理的特性に関係する値を有し、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、Ｐｐはピストンに作用する孔内の圧力であり、
   Ｐｅはコンテナの後端における圧力であり、γは所定の
   燃料に対する比熱比であることを特徴とする実質上反動
   力がないミサイル発射システム。
2. （２）コンテナの孔は円形断面であり、前記ピストンは
   連続するリムによって囲まれた円形の穴のない壁を備え
   、前記リムはコンテナの孔の内壁上を滑動可能で内壁と
   密封状態で接触している請求項１記載のミサイル発射シ
   ステム。
3. （３）比Ａ＿ｐ／Ａ＿ｅは約１．２７２のγに対応する
   約１．３６５に等しい請求項１記載のミサイル発射シス
   テム。
4. （４）ミサイルの重量（Ｗｍ）、ミサイルの速度（Ｖｍ
   ）、周囲圧力（Ｐａ）、ピストン面積（Ａｐ）、および
   ストローク（Ｓｇ）が次の式で与えられ、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ミサイルがコンテナを離れた後の燃料の燃焼を制限して
   いる請求項１記載のミサイル発射システム。
5. （５）比Ａ＿ｐ／Ａ＿ｅは約１．２７２のγに対応する
   約１．３８５に等しい請求項４記載のミサイル発射シス
   テム。
6. （６）ガス発生器がピストンとリング手段との間に設置
   されている請求項２記載のミサイル発射システム。