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公開番号2024132602
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-01
出願番号2023043438
出願日2023-03-17
発明の名称ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法
出願人国立大学法人信州大学,株式会社キッツ
代理人個人
主分類F02K 9/72 20060101AFI20240920BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】外部からロケットへの液体酸化剤の注入と燃焼室への液体酸化剤の注入とを軽量な構成を用いて簡易な操作により実現できるハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムを提供する。
【解決手段】ロケット本体、液体酸化剤を貯留する第1タンク、固体燃料を収容し、前記第1タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第1コネクタ、及び、前記第1タンクと前記燃焼室と前記第1コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記三方弁は、前記第1コネクタと前記第1タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第1タンクに注入する第1注入状態、及び、前記第1タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第2注入状態、を切り替え可能に構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットと、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置と、を備えたハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムであって、
前記ハイブリッドロケットは、
筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、
前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記第１コネクタは、前記液体酸化剤を流す第１通孔と外周に形成された周溝とを備えたプラグを有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記配管の先端に設けられて前記第１コネクタに接続される第２コネクタを有し、
前記第２コネクタは、
前記液体酸化剤を流す第２通孔と前記プラグが挿入される第３通孔とが連通して形成されたソケットと、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態で前記第３通孔内において前記プラグの外側に配置され、前記ソケットから前記プラグを引き離す力を付与するスプリングと、
前記スプリングを縮めて前記第３通孔に前記プラグを差し込んだ状態で、前記周溝と重なりかつ当該周溝を挟む位置において前記ソケットに形成された一対の貫通孔に差し込まれるロックピンと、を備え、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態から前記周溝と前記貫通孔とに挿入された前記ロックピンを抜き、前記スプリングの弾発力で前記ソケットから前記プラグを引き離し、前記第１コネクタから前記第２コネクタを外して、前記液体酸化剤注入装置を前記ハイブリッドロケットから分離させる
請求項１に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
【請求項３】
前記ハイブリッドロケットは、前記三方弁の前記弁体を動作させる弁棒を回転させて前記第１注入状態及び前記第２注入状態を切り替えるアクチュエータを有する
請求項１又は２に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
【請求項４】
前記アクチュエータの動作を制御する外部の制御部が第３コネクタにより前記アクチュエータに接続される
請求項３に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
【請求項５】
前記ノズルを介して前記燃焼室に挿入されて前記燃焼室に酸素を注入するパイプを備える
請求項１に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
【請求項６】
筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、外部に設けられた液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット。
【請求項７】
前記三方弁と前記第１コネクタとの間に、前記三方弁から前記第１コネクタへの前記液体酸化剤の流れを止める逆止弁を有する
請求項６に記載のハイブリッドロケット。
【請求項８】
前記三方弁は、Ｔポートが形成されたボール弁体を前記弁体として有する３方ボール弁である
請求項６又は７に記載のハイブリッドロケット。
【請求項９】
液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットを、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置を用いて発射させて飛翔させるハイブリッドロケットの飛翔方法であって、
前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁により前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第２タンクから前記第１タンクに注入する第１注入状態に切り替えて、所定の圧力又は所定の重量の前記液体酸化剤が前記第１タンクに充填されるまで注入し、
前記ハイブリッドロケットから前記液体酸化剤注入装置を分離し、
前記三方弁により前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替えて、前記液体酸化剤を前記第１タンクから前記燃焼室に注入し、前記燃焼室に注入された前記液体酸化剤を用いて前記固体燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスを前記ノズルから噴出させて前記ハイブリッドロケットを飛翔させる
ハイブリッドロケットの飛翔方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
安全で環境に優しく低コストに運用可能なロケットとしてハイブリッドロケットが知られている。ハイブリッドロケットは、固体状の燃料（以下、固体燃料という）に液体状の酸化剤（以下、液体酸化剤という）を供給することで固体燃料を燃焼させ、その燃焼で生じた燃焼ガスを噴出することで推力を発生させる。
【０００３】
例えば、特許文献１にはハイブリッドロケットの構成が開示されている。特許文献１に開示されたハイブリッドロケットにおいて、液体酸化剤はロケットの先端側に配置されたタンクに貯留される。また、固体燃料はロケット後端側に配置されるケーシング内に収容される。ケーシングには、高温の燃焼ガスを発生させるイグナイタが設けられている。このハイブリッドロケットは、イグナイタから高温の燃焼ガスをケーシング内で発生させ、タンクとケーシングの間に設けられた液体酸化剤供給弁を介して液体酸化剤をケーシングに供給することで固体燃料を燃焼し推力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１３８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたハイブリッドロケットをはじめとする既存のハイブリッドロケットにおいては、液体酸化剤を供給するために別途の配管をタンクに接続して液体酸化剤を注入する必要がある。このため、ハイブリッドロケット自体の構成が複雑となり重量が増加する。また、液体酸化剤をタンクに注入し充填した後にロケットを組み付けてもよいが、ロケットを発射させる工程が煩雑になる。
【０００６】
そこで、本開示では、外部からロケットへの液体酸化剤の注入と燃焼室への液体酸化剤の注入とを軽量な構成を用いて簡易な操作により実現できるハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本開示のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムは、液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットと、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置と、を備えたハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムであって、前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。
【０００８】
本開示のハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、外部に設けられた液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。
【０００９】
本開示のハイブリッドロケットの飛翔方法は、液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットを、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置を用いて発射させて飛翔させるハイブリッドロケットの飛翔方法であって、前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、前記三方弁により前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第２タンクから前記第１タンクに注入する第１注入状態に切り替えて、所定の圧力又は所定の重量の前記液体酸化剤が前記第１タンクに充填されるまで注入し、前記ハイブリッドロケットから前記液体酸化剤注入装置を分離し、前記三方弁により前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替えて、前記液体酸化剤を前記第１タンクから前記燃焼室に注入し、前記燃焼室に注入された前記液体酸化剤を用いて前記固体燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスを前記ノズルから噴出させて前記ハイブリッドロケットを飛翔させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本技術を適用したハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの一実施形態の全体構成を示す概念図。
ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの全体構成の三方弁の駆動装置に関する部分を説明するための概念図。
第１タンクに液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図。
燃焼室に液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図。
第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図。
第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図。
第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図。
第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図。
ハイブリッドロケットの飛翔方法を示すフローチャート。
第１タンクに液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図。
ハイブリッドロケットから液体酸化剤注入装置を分離する工程を説明するための概念図。
燃焼室に液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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