(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙用構造物の膨張または収縮を許容しながら、その周縁部を支持する宇宙用構造物の支持部材であって、
略直方体の形状を有し、上記支持部材を固定するための固定孔を有する一対の固定ブロックと、その一対の固定ブロックの中間に設けられ、略直方体の形状を有し、上記支持部材と上記宇宙用構造物とを連結するための連結孔を有する連結ブロックと、その連結ブロックおよび上記一対の固定ブロックをその両側から連結する平板と、からなることを特徴とする宇宙用構造物の支持部材。
【請求項２】
上記連結ブロックおよび上記一対の固定ブロックを、その中間部において連結する薄板部を有する、請求項１に記載の宇宙用構造物の支持部材。
【請求項３】
上記連結ブロック、上記一対の固定ブロックおよび上記平板を一体に成形した、請求項１または請求項２記載の宇宙用構造物の支持部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力や温度の変化により膨張や収縮しやすい宇宙用構造物を、その変形を許容しながら、その周縁部を支持する宇宙用構造物の支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙用構造物（例えば、人工衛星の推薬タンクなど）は、できるだけ重量を軽くするために薄厚に成形されている。したがって、圧力や温度の変化により膨張や収縮しやすい。そこで、そのような宇宙用構造物を支持する支持部材の支持点を柔軟にして膨張や収縮をできるだけ拘束しないようにするとともに、打ち上げ時の振動などによる荷重には耐えうるように宇宙用構造物を支持する必要がある。
【０００３】
図５は従来の宇宙用構造物の支持部材を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。図に示す宇宙用構造物の支持部材９は、略直方体の形状を有し、支持部材９を固定するための固定孔３を有する一対の固定ブロック４，４と、その一対の固定ブロック４，４の中間に設けられ、略直方体の形状を有し、支持部材２と宇宙用構造物とを連結するための連結孔５を有する連結ブロック６と、その連結ブロック６と上記一対の固定ブロック４，４とをその中間部において連結する薄板部１０と、からなるものである。なお、図中、Ｒ１  ，Ｒ２  を固定点、Ｏを中心、薄板部１０の厚さをｔ１  ，薄板部１０の幅をＬ／２、薄板部１０の高さをｈとし、薄板部１０の幅方向をＸ軸、薄板部１０の厚さ方向をＹ軸、薄板部１０の高さ方向をＺ軸としている。この支持部材９のＹ軸方向は、主として薄板部１０により構成されているため剛性が低い。そこで、宇宙用構造物の膨張や収縮による変形する方向と、Ｙ軸方向とが一致するように支持部材９を固定し宇宙用構造物と連結して、宇宙用構造物の変形をできるだけ拘束しないように支持している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した宇宙用構造物の支持部材は、宇宙用構造物が膨張するとともに振動などによるＺ軸方向荷重を受けたときには図６に示すように変形する。なお、図６の（Ａ）はその全体平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０００５】
宇宙用構造物が膨張するとともに振動などによるＺ軸方向荷重を受けたときの宇宙用構造物の支持部材の状態を解析すると、平板はＹ軸方向に湾曲するように変形するだけではなく、図６（Ａ）に示すように、Ｘ軸回りのモーメントにより薄板部が捩じれるように変形してしまう。すなわち、ある断面（Ｂ−Ｂ断面）において、図６（Ｂ）に示すように、薄板部はＺ軸と角度θ１  をなすように変形する。したがって、この薄板部とＺ軸との角度θ１  が大きくなると、支持部材が捩じれにより破断したり、宇宙用構造物の支持部分の近傍に大きな曲げ応力が発生し宇宙用構造物が破損してしまう、などの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために創案されたものである。すなわち、宇宙用構造物の支持部材に生じる捩じれを抑制し、宇宙用構造物の膨張や収縮の拘束を緩和しつつ、振動などによる荷重に耐えうる宇宙用構造物の支持部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、宇宙用構造物の膨張または収縮を許容しながら、その周縁部を支持する宇宙用構造物の支持部材であって、略直方体の形状を有し、上記支持部材を固定するための固定孔を有する一対の固定ブロックと、その一対の固定ブロックの中間に設けられ、略直方体の形状を有し、上記支持部材と上記宇宙用構造物とを連結するための連結孔を有する連結ブロックと、その連結ブロックおよび上記一対の固定ブロックをその両側から連結する平板と、からなることを特徴とする宇宙用構造物の支持部材が提供される。
【０００８】
上述した本発明の構成によれば、長手方向の剛性は高く、平板に垂直な方向（すなわち変形する方向）の剛性は低くなり、平板を２枚設けたことにより、捩じりに対する剛性や強度も向上する。したがって、宇宙用構造物の膨張や収縮を許容しながら、支持部材自身の耐久性を向上させることができ、宇宙用構造物に発生する曲げ応力も抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の実施の好ましい形態によれば、上記連結ブロックおよび上記一対の固定ブロックを、その中間部において連結する薄板部を設けてもよいし、上記連結ブロック、上記一対の固定ブロックおよび上記平板を一体に成形してもよい。
上述した本発明の構成によれば、長手方向に３枚の平板を設けたことになり、さらに支持部材自身の耐久性を向上させることができ、宇宙用構造物に発生する応力も抑制することができる。また、宇宙用構造物の支持部材を一体物として成形することにより、支持部材自身の耐久性を向上させることができ、宇宙用構造物に発生する応力も抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１から図４を参照して説明する。なお、各図において従来と共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の宇宙用構造物の支持部材を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。なお、図５（Ｂ）と同様に、平板の幅方向をＸ軸、平板の厚さ方向をＹ軸、平板の高さ方向をＺ軸としている。
図に示す支持部材２は、略直方体の形状を有し、支持部材２を固定するための固定孔３，３を有する一対の固定ブロック４，４と、その一対の固定ブロック４，４の中間に設けられ、略直方体の形状を有し、支持部材２と宇宙用構造物とを連結するための連結孔５を有する連結ブロック６と、その連結ブロック６および一対の固定ブロック４，４をその両側から連結する平板７，７とからなり、連結ブロック６、一対の固定ブロック４，４および平板７，７を一体に成形したものである。すなわち、略直方体形状の部材に、上記固定孔３，３としてＺ軸方向に一対の座ぐり孔を両端部に穿孔し、上記連結孔５としてＺ軸方向にねじ孔を中央部に穿孔し、長手方向の両側に平板７，７として薄板部を成形するように略矩形の貫通孔を穿孔したものである。なお、図中、Ｒ１  ，Ｒ２  を固定点、Ｏを中心、平板７の厚さをｔ２  ，平板７の幅をＬ／２、平板７の高さをｈ、支持部材２のＹ軸方向の幅をｄとしている。
【００１２】
図２は、本発明の宇宙用構造物の支持部材により、宇宙用構造物である人工衛星の推薬タンク（以下タンクという）を支持した状態を示す図である。
図に示すように、タンク１は本発明の支持部材２により、３箇所で支持されている。この支持部材２の一対の固定孔３，３（図１参照）にはボルト１２，１２が螺合されて図示しない人工衛星の隔壁などに固定されており、連結孔５（図１参照）にはタンク１の周縁部に設けられた把手１１を挟んでボルト１３が螺合されてタンク１と支持部材２とが連結されている。なお、この支持する箇所は、タンク１の大きさや宇宙用構造物の種類などにより異なるものであり、支持する箇所の１箇所は本発明の支持部材２を使用せず、剛なものとしてもよい。
【００１３】
上述したような構成にすることにより、タンク１の膨張や収縮などの変形に対しては、剛性の低いＹ軸方向でタンク１を支持するとともにタンク１の変形に追従し、振動などによりＸＹ平面に生じる荷重は、主として剛性の高いＸ軸方向で支持し、Ｚ軸方向の荷重は、剛性の高いＺ軸方向で支持し、支持部材２の捩じれの原因となるＸ軸回りのモーメントに対する剛性を高くすることができる。すなわち、支持部材２の破断や支持対象であるタンク１の破損などを抑制することができる。
【００１４】
ここで、タンク１が膨張およびＺ軸方向荷重を受けたときの支持部材２の状態を、図５および図６に示す従来の支持部材９と比較し、本発明の支持部材２の方がＸ軸回りの剛性が高いことを証明する。なお、前提条件として、平板７および薄板部１０のみが変形し、残部は完全な剛体とし、固定点Ｒ１  ，Ｒ２  では変形が拘束され、さらに平板７および薄板部１０の変形は微小であるとし、添字１は従来のものを示し、添字２は本発明のものを示すものとする。
【００１５】
（１）まず、Ｙ方向の剛性Ｋ１  ，Ｋ２  を求める。それぞれのＹ軸方向荷重Ｐ１  ，Ｐ２  に対するＹ軸方向変形をδ１  ，δ２  とすると、
δ１  ＝Ｐ１  Ｌ３  ／１９２ＥＩ１  
δ２  ＝（Ｐ２  ／２）Ｌ３  ／１９２ＥＩ２  ＝Ｐ２  Ｌ３  ／３８４ＥＩ２  
ここで、Ｉ１  ＝ｈｔ１３／１２、Ｉ２  ＝ｈｔ２３／１２、Ｅはヤング率である。したがって、Ｋｉ  ＝Ｐｉ  ／δｉ  （ｉ＝１，２）だから、
Ｋ１  ＝１９２ＥＩ１  ／Ｌ３  
Ｋ２  ＝３８４ＥＩ２  ／Ｌ３  
【００１６】
（２）次に、Ｘ軸回りの剛性Ｋ１’，Ｋ２’を求める。ここで、支持部材のＸ軸回りのモーメントをＭｘ  とし、剪断弾性係数をＧとすると、従来の支持部材９のＸ軸回りの剛性Ｋ１’は以下のように求まる。
θ１  ＝３Ｍｘ  Ｌ／４ｔ１３ｈＧ
Ｋ１’＝Ｍｘ  ／θ１  ＝４ｔ１３ｈＧ／３Ｌ
一方、本発明の支持部材２の場合、平板７に作用するモーメントをＭａ  とし、２枚の平行な平板７，７に作用する逆向きのＺ軸方向荷重Ｐｚ  によるモーメントをＭｂ  とすると、図４に示すように、平板７はモーメントＭａ  によりＺ軸と角度θ２  をなし、モーメントＭｂ  によりＺ軸方向にδｚ  だけ変位する。また、支持部材２のＸ軸回りのモーメントＭｘ  はモーメントＭａ  とモーメントＭｂ  の和により表される。これらを踏まえて本発明の支持部材２のＸ軸回りの剛性Ｋ２’は以下のように求まる。
【００１７】
θ２  ＝３Ｍａ  Ｌ／８ｔ２３ｈＧより、
Ｍａ  ＝８ｔ２３ｈＧθ２  ／３Ｌ
Ｍｂ  ＝ｄＰｚ  ，Ｐｚ  ＝９６ＥＩｚ  θ２  ｄ／Ｌ３  より、
Ｍｂ  ＝９６ＥＩｚ  θ２  ｄ２  ／Ｌ３
ここで、Ｉｚ  ＝ｔ２  ｈ３  ／１２であり、Ｅはヤング率である。
【００１８】
よって、Ｍｘ  ＝Ｍａ  ＋Ｍｂ  より、
Ｍｘ  ＝８ｔ２３ｈＧθ２  ／３Ｌ＋９６ＥＩｚ  θ２  ｄ２  ／Ｌ３
Ｋ２’＝Ｍｘ  ／θ２  ＝８ｔ２３ｈＧ／３Ｌ＋９６ＥＩｚ  ｄ２  ／Ｌ３
【００１９】
（３）ここで、Ｙ方向の剛性が等しいとき（Ｋ１  ＝Ｋ２  ）のときの、Ｘ軸回りの剛性の比（Ｋ２’／Ｋ１’）を求める。なお、ポアソン比をνとすると、Ｅ＝２（１＋ν）Ｇである。
0003622870.tif 000002
【００２０】
上述したように、Ｙ方向の剛性が等しいとき（Ｋ１  ＝Ｋ２  ）のときの、Ｘ軸回りの剛性の比（Ｋ２’／Ｋ１’）は、常にＫ２’／Ｋ１’＞１であるから、支持対象であるタンク１などの宇宙用構造物が膨張や収縮しても、本発明の支持部材２の方が捩じれを生じにくいことがわかる。
例えば、Ｌ＝４０ｍｍ、ｈ＝２０ｍｍ、ｄ＝２０ｍｍ、ｔ１  ＝２ｍｍ、ν＝０．３とすると、ｔ２  ＝２２／３  ≒１．５８７４だから、
0003622870.tif 000003
この結果から、本発明の支持部材２の方が格段にＸ軸回りのモーメントＭｘ  に対して剛性が高い。
【００２１】
図３は、本発明の宇宙用構造物の支持部材の他の実施の形態を示す斜視図である。図３（Ａ）は、連結ブロック６、一対の固定ブロック４，４および平板７，７を別々に成形し、ボルトやスポット溶接などにより連結したものである。図３（Ｂ）は、図１に示す支持部材２に加えて、連結ブロック６および上記一対の固定ブロック４，４を、その中間部において連結する薄板部８を有し、連結ブロック６、一対の固定ブロック４，４、平板７，７および薄板部８とが一体に形成されているものである。図３（Ｃ）は、連結ブロック６、一対の固定ブロック４，４および薄板部８は一体に成形し、平板７，７のみを別に成形してボルトやスポット溶接などにより連結したものである。
【００２２】
図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、連結ブロック６と一対の固定ブロック４，４との中間部にさらに薄板部８を設けることにより、Ｙ軸方向の剛性は低く保ったまま、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の剛性をさらに高くすることができる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の宇宙用構造物の支持部材によれば、宇宙用構造物の膨張や収縮などの変形に対しては、剛性の低いＹ軸方向で支持するとともに宇宙用構造物の変形に追従し、振動などによりＸＹ平面に生じる荷重は、主として剛性の高いＸ軸方向で支持し、Ｚ軸方向の荷重は、剛性の高いＺ軸方向で支持し、支持部材の捩じれの原因となるＸ軸回りのモーメントに対する剛性を高くすることができる。したがって、宇宙用構造物の膨張や収縮を許容しながら、支持部材自身の耐久性を向上させることができ、宇宙用構造物に発生する応力も抑制することができる。すなわち、支持部材の破断や支持対象である宇宙用構造物の破損などを抑制することができる、などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の宇宙用構造物の支持部材を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図２】本発明の宇宙用構造物の支持部材により、宇宙用構造物である人工衛星の推薬タンクを支持した状態を示す図である。
【図３】本発明の宇宙用構造物の支持部材の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】タンクが膨張したときの支持部材の状態を示す断面図である。
【図５】従来の宇宙用構造物の支持部材を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図６】宇宙用構造物が膨張したときの支持部材の状態を示す図であり、（Ａ）はその全体平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  タンク（宇宙用構造物）
２  支持部材
３  固定孔
４  固定ブロック
５  連結孔
６  連結ブロック
７  平板
８  薄板部
９  支持部材
１０  薄板部
１１  把手
１２，１３  ボルト
【図１】
0003622870.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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