Composites made rocket motor and a manufacturing method thereof that integrates fin

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複合材料製ロケットモーターに複合材料製フィンを統合する技術に関する（以下“複合材料製”を“複合”と言う）。

［従来の技術及びその課題］ その高い操縦性の故に、ロケットの翼面（フィン）に掛る大きな力はロケットモーターのチューブによって処理する必要があり、このためフィンとチューブの機械的接続は重要である。

現在使用されているロケットは、フィンが固定される局部的アンカー点を持っている。 発生する局部応力に対抗するために、ロケットの中に枠部材を挿入するか、又はチューブの壁厚を局部的に厚くする必要がある。 これによる固体燃料の搭載量の損失に加えて、これらの解決策は、その断面の複雑性の故に、チューブを再使用する場合大きな欠点を伴い、従って製作費上昇の大きな原因となる。 更にこれに加えて、このような構造に於いては、ロケットの強度に対するフィンの寄与に自ずと限界が生ずる。

１つの改善策として、ロケットの金属チューブにフィンを溶接する方法がある。 この場合は、局部的強化が除外され、フィンがロケットの強度により良く貢献する。
しかしながら、このような解決策は複合ロケットには適用出来ない。

現在、複合フィンを持った複合ロケットは既に作られているが、この場合、フィンが金属枠に局部的に固定されており、従って、この場合も又局部的に固定されたフィンを持つロケットの持つ上述した如き欠点が再発する。

本発明の目的は、複合ロケットモーターの改善された製造方法を提供することで、この場合、複合フィンをロケットの構造体に統合し、フィンがロケットの強度に寄与し得る如くにし、これにより、大量の燃料の搭載を可能とし、一方、内外面共平滑な構造体を得る如くにすることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明が提供する複合フィンを持つ複合ロケットの製造方法は次の点を特徴としている、即ち、 （ａ）環状のプレホームと、フィンと、及びフィン支持体と、を個別に作り、 この場合、上記フィンとフィン支持体とが、重合可能のバインダーを含浸させた繊維質の布を重ね、次にこのバインダーを重合させることにより、少なくとも部分的に形成され、一方、上記管状プレホームが、少なくとも部分的に、糸を巻くことと、重合可能のバインダーを含浸させることと、により作られ、 各フィン支持体が、管状プレホームの表面に取付けるためのベースと、及び上記ベースから突出し且つそれに沿って離れて設けられるフィン取付け部と、を含み、
又、 上記フィンの支持体のベースと管状プレホームの表面とが、上記ベースが管状プレホームと組立られたとき、
この構造体の表面の連続性が得られる如き形状をしている、ことと； （ｂ）上記フィン支持体のベースを、その長手方向に沿い、管状プレホームの表面に取付けることにより、上記フィン支持体と上記管状プレホームとが組立てられ、上記の組立てが、フィン取付け部の間のフィン支持体上の位置に於いて、少なくとも局部的に重ね巻きをして、互いに糊付けをすることによって行われ、これにより、内面外面共平滑なプレホームが得られる如くにする、ことと； （ｃ）管状プレホームと、フィン支持体と、及び上記の重ね巻き部と、により構成された集合体を重合処理し、
１つのチューブを得る、如くにすることと；及び、 （ｄ）最後に、上記フィンの側面をフィン支持体の取付け部に、少なくとも、糊付けすることにより、上記フィンとフィン支持体とを組立てる、ことと； を含むことを特徴としている。

従って、フィンが金属枠を必要とすること無く、チューブに接続され、チューブの壁厚が顕著に増加することが無い。 これにより、チューブに搭載することの出来る燃料の量が増加する。 更に、フィン支持体のベースをチューブの構造の中に統合することにより、このフィンガロケット全体の強度に寄与する。

本発明の方法の１つの例に於いては、各フィン支持体のベースがセットバック部を持ち、これが、フィン取付け部の間に位置し、チューブの表面に形成された環状の溝の中に配置され、この中で上記の重ね巻が行われる、
如くになっている。 次にフィン支持体のベースのセットバック部の上の管状プレホームの溝に重ね巻が行われ、
フィン支持体と管状プレホームとの間の接合を良くする一方、構造体の表面の連続性を確実にする、如くにする。

これとは別に、本発明は、又、上記の方法によって作られた複合ロケットモーターを提供している。 即ち、 本発明によれば、複合材料で作られたチューブと、フィン支持体により上記チューブに接続される複合材料で作られたフィンと、を含む複合ロケットモーターに於いて、上記フィン支持体が複合材料で作られ、これが又、 上記チューブと共に、表面の連続性を持った１つの構造体を形成するために、チューブと共に組立てられるベースで、このベースが、局部的重ね巻材と共に糊付けによってチューブと共に組立てられている、ものと、 上記ベースから突出する取付け部で、その上にフィンの側部が糊付けによって組立てられる、ものと、 を含んでいる、ことを特徴としている。

［実施例］ 概括的に説明すると、複合ロケットモーターが、本発明により、管状プレホームと、フィン支持体と、フィンと、をそれぞれ別個に作ることと、このフィン支持体を管状プレホームに組込むことと、この集合体を重合させることと、次に、フィンをフィン支持体に装着することと、によって作られる。 例えば、このフィンとその支持体の数は２つの（以下に説明するのはこの場合である）
又は４つにすることが出来る。

フィン支持体が統合される管状プレホームの１つの実施例が第１及び２図に示されている。 このプレホームは管即ち管状円筒体を形成するもので、その前及び後端部で室を形成し、この中に固体燃料が置かれる。

一般的には、この管状プレホームが、エポキシ樹脂等の重合可能のバインダーを含浸した繊維布を巻くことによって作られる。 この布は、例えば、炭素繊維等の繊維で作られ、これがマンドレルに巻かれている。 場合によっては、この布を、オプションとして耐熱保護層を間に挟んで、固体燃料のブロックに直接巻き付けることもで出来る。 但し、これはバインダーの重合温度が低く、燃料の存在に於いて重合を行なうことが出来る場合のみである。 この糸は幾く層にも重ねられた上体で編まれている。 この幾く層にも重ねられた糸は螺旋状に編まれており、例えば右巻と左巻とが交互に行われたものである。

第１図に示す如く、管状プレホーム10は、環状溝14によって構成される凹部をその外周に持つようにして作られており、これによりフィン支持体の対応する部分を受入れるようになっている。

この環状溝14が軸方向のピッチｐで形成されており、
この溝の幅ｂは一定で、その深さｅも一定である（第２
図）。

この環状溝14は、厚さｄのプレホームの外側に、溝の部分を除いて、その全長に亙り、円周に沿って布を巻くことによって得られる。

第３図に、プレホーム10に統合されるフィン支持体20
が示されている。 このフィン支持体20が、ベース即ちソール22を含み、これから突出する箱型断面のビームの形をした取付け部26を持ち、又、フィンの固定される側部を持っている。

この取付け部がフィン支持体に沿って均一に配置され、又、溝によって互いに分離されており、この中に上記ベース即ちソールがセットバック部24を形成する。

ベース即ちソール22は変わった形をしており、これは、管状プレホームの表面に密着し、構造体全体としての連続性が実質的に保たれるようにするためである。 即ち、このソール22は直角断面で言って円形をしており、
その肉厚が中心（即ち取付け部が突出している所）からその長手端部に向かってテーパーを持ち、取付け部の両側で、このソールの上表面が管状プレホームの外表面に向ってなだらかな下り勾配を持っている。 セットバック部24が、長手方向に溝14と同じピッチｐ及び同じ幅ｂで配置されており、セットバック部に挟まれた部分に於けるソール22の下表面と、セットバック部24の中の下表面との距離が溝14の深さｅに等しい。

フィン支持体20がプレホーム10とその長手方向に沿い統合されたとき、このセットバック部24が溝14の中に納まり、その上に残留溝が残される。 後述する如く、この残留溝が円周方向の重ね巻き材18によって満たされ、構造体として完全に連続性を持ち、ロケットモーターの全長に亙り内外面共に平滑なものが得られる。 この環状溝
14の数及び幅が、フィンが吸収すべき力に応じて選択され、フィン支持体のベースが管状プレホームの表面に密着していることにより、このフィンがロケットの強度に寄与する。

１例を挙げれば、160mmの外径と、4.5mmの厚さｄと、
を持つプレホーム10に対し、この溝14は120mmのピッチｎを持ち、その幅が20mmで、その深さｅが0.5mmである。 ソール22の幅は円周角度ａで言って35゜の間に伸びている。

第４図にその詳細を示す如く、フィン支持体20は繊維の布、例えばカーボン繊維で作られた布、を層状に重ねることによって形成され、この布に、例えばエポキシ樹脂の如き重合可能のバインダーが含浸される。 図に示す例に於いては、繊維布の３段重ねが用いられており：これが、 箱型断面のビーム26の外表面を構成する第１の構成部材で、これが、２方向で編成された平面布の層を含み、
その間に、１方向性の布の平面層（例えば長手方向に糸が配列されたシート）が挟まれ、この構成部材21が型28
の底に沿って配置される、ものと； 上記第１の構成部材の上に置かれる層を含む第２の構成部材23で、これが、箱型断面の内面を形成する中子27
の回りに巻かれ、この第２の構成部材が、第１の構成部材と同様に、編成布の層の間に１方向性のシートを挟んだものによって形成されている、ものと； ソール22を形成するための、第１及び第２の構成部材の上に置かれる第３の層を構成する構成部材25で、上記第３の構成部材が、同様に、編成布の間に１方向性のシートを挟んだものである、ものと； によって構成されている。

この集合体が、型28と蓋29と及び中子27とによって構成される工具の中で重合させられる。 型28の底面を適切な形状とすることにより、ソール22とセットバック部24
とを同時に形成する。 蓋29が丸い表面を持ち、層25の構成部材を圧迫し、ソールに所要の曲面を与える。 中子27
が、好ましくは、高い膨張率を持つ材料で作られ、フィン支持体に圧力を掛けながら重合を行なうようにする。
重合を行なった後、中子27が抜き取られ、セットバック部24の上の箱型断面部が機械加工によって除去される。

以上の如く成型を行なった後、フィン支持体20がプレホーム10に統合される。 この為に、フィン支持体のソール22が糊を間に挟んでチューブの表面に密着させられる。 この糊には、例えば、エポキシ型のものが用いられる。

このようにして作られた集合体（第5,6図）が、溝14
に嵌挿されたセットバック部24の上を重ね巻きすることによって完成される。 この重ね巻きは、好ましくは、糸
18、例えばエポキシ樹脂を含浸させたカーボン、によって行われ、管状プレホームの外径を積み上げて、平滑な外面を持った構造体に仕上げる。

このように構成された集合体を重合工程に掛け、この間に次のものが重合する；即ち、管状プレホームを形成する巻き糸に含浸されるバインダーと；重ね巻きの糸に含浸させられたバインダーと；及び、フィン支持体とプレホームとの間に塗られた糊と；である。 このようにして、フィン支持体の統合された１つのチューブが完成する。

ロケットのフィンは複合材料で作られる。 第７図に示す如く、フィン30が、それぞれテンプレート32の上に平面の繊維布を積層することによって作られる。 上述したのと同様に、この繊維布が、エポキシ樹脂の如き重合可能のバインダーを含浸させたカーボン繊維の布によって構成され、これが、編成層31と１方向性のシート33とを交互に積み重ねたサンドイッチを含んでいる。 この１方向性のシートは、１つの長手方向に平行に配置され、又１つはこれに直角に置かれる。

この布を所定の位置に配置した後、この布をダイス及びパンチの重合装置の如き工具の中に保持しつつ、バインダーの重合が行われる。 この場合、テンプレート32がパンチ孔を持つようにすることが出来る。

同様に複合材料で作られた強化ハニカム構造体36（第８図参照）を、テンプレート32を取除いた後、フィンの側面34の間に差し込むことが出来る。 但し、この場合、
フィン支持体の取付け部に固定される側面部分を除く。

このハニカム構造体36によって内部を強化されたフィン30が、その側面部分を取付け部26の長手方向に延びる側壁に糊付けすることによって、フィン支持体に取付けられる（第８図）。 ここで用いられる糊は例えばエポキシ型のものである。

この糊付けは、リベットを用いることによって補強及び又はこれに変えることが出来る。

上述した方法は、時系列的に行われる各種の重合作業によって行われる。 当該技術者には公知の如く、この重合は、先行する重合温度より、次の重合温度を低くする如くにして行なうことが重要である。

管状プレホームとフィン支持体とを統合することによって構成されたこの重合体の重合が、温度T2で行われ、
この温度は温度T1より低く、この温度T1は、フィン支持体、プレホームを形成する繊維布に含浸されたバインダーを重合させるために、フィン支持体が置かれた温度である。 この温度T1及びT2は、使用するバインダー（樹脂）によってそれぞれ決定される。

同様に、フィンが所定の位置に取付けられた後、糊付け部の重合を行なう必要がある場合は、その重合が温度
T2より低い温度で行われ、又この温度は温度Ｔ′１より低く、この温度は、フィンがその重合作業の間置かれた温度である。

次にこのロケットに燃料を一般的な方法で装着、例えばそれを流し込み、し、前後に端板を取付けること、によってこれが完成される。

本発明に於いては、取付け部によって形成された１線上に並ぶ箱型部分が、例えばロケットの前後間の信号伝達のための導電体用のトンネル即ちサービス通路を構成するために用いられ、このことにより、この目的の為の特別な外部ダクトを設けたりする必要が無くなる。

上述した方法により、チューブの局部厚さを顕著に増やしたり、又はフィンのための特別な金属製のアンカー構造体を設けたりすることなく、複合フィンを統合した複合ロケットを作ることが可能となり、これにより、搭載する燃料の量を余分増やすことが出来、又機体の余分な重量を減らすことが出来る。

更に、このフィンがロケット集合体の強度に貢献しているので、このフィンの積層方法を変えることにより、
この強度を調節することが出来る。 更に、このフィンとフィン支持体が別個に作ることにより、それぞれを最も好ましい状態で製作することが出来る。

以上の説明に於いては、例えば、エポキシ樹脂の重合可能のバインダーを含浸させた炭素繊維をベースとした繊維布を使用しているが、勿論、この代わりに、例えば有機、セラミック又は金属の繊維を用い、その他の材料を繊維布に含浸させたり又はその密度を上げるために用いることが出来る。 上記材料には、熱可そ性材料、熱硬化材料、セラミックス、及び金属が含まれる。 特に、ロケットが高いレベルの運動加熱に露らされるような場合は、このフィン及びフィン支持体を高温特性の良い材料、例えばセラミック・マトリックスをベースとした複合材料で作ることが出来る。

最後に、フィン支持体のソールは、上述した角張った溝に加え、管状プレホームの外面に更にセットバック部分を形成することにより、これを管状プレホームの面の中に完全に納まるようにすることが出来、この場合、上記の更に設けたセットバック部分が長手方向に延び、フィン取付け部に沿って、フィン支持体のソール全体が完全に納まるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による複合ロケットモーターのチューブの製作に用いられる管状のプレホームの断面図、 第２図は、第１図の線II−IIに沿う断面図、 第３図は、第１図のプレホームに取付けられるフィン支持体の部分的斜視図、 第４図は、フィン支持体の製作に用いられる工具の中に於ける、布の配置状態を示す断面図、 第５図は、第３図のフィン支持体が第１図のプレホームに取付けられたときの組立て状態を示す部分断面図、 第６図は、第３図のフィン支持体が第１図のプレホームに取付けられた状態を示す部分的斜視図、 第７図は、第３図に示すフィン支持体に取付けられるフィンの断面図、 第８図は、第１図に示すプレホームと、第３図に示すフィン支持体と、及び第７図に示すフィンと、を用いた、
本発明によるロケットモーターの部分的斜視図、である。