(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸かつ対称に配置される２つのノズル装置であって、
固体燃料を燃焼させて、経時的に変化するガス発生量でガスを発生させるガス発生装置に連なる内部空間が形成されるノズルハウジングと、
ノズルハウジングに設けられ、ノズルハウジングの内部空間と外部空間とを連通するノズル孔が形成されるノズルスカートと、
ノズルハウジングおよびノズルスカートに対して変位可能に設けられ、ノズルスカートに対して変位することによってノズル孔の開度を変化するノズルプラグとをそれぞれ有し、
各ノズルハウジングの内部空間は、相互に連なっており、各ノズルスカートは、各ノズルハウジングに対してそれぞれ変位可能に設けられ、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する２つのノズル装置と、
棒状作動体を有し、棒状作動体の両端部に各ノズル装置のノズルプラグが固定され、棒状作動体を変位させて、各ノズル装置のノズルプラグを、ノズルハウジングに対して変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とするガス吐出装置。
【請求項２】
同軸かつ対称に配置される２つのノズル装置であって、
固体燃料を燃焼させて、経時的に変化するガス発生量でガスを発生させるガス発生装置に連なる内部空間が形成されるノズルハウジングと、
ノズルハウジングに設けられ、ノズルハウジングの内部空間と外部空間とを連通するノズル孔が形成されるノズルスカートと、
ノズルハウジングおよびノズルスカートに対して変位可能に設けられ、ノズルスカートに対して変位することによってノズル孔の開度を変化するノズルプラグとをそれぞれ有し、
各ノズルハウジングの内部空間は、相互に連なっており、各ノズルプラグは、各ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する可動部を有する２つのノズル装置と、
棒状作動体を有し、棒状作動体の両端部に各ノズル装置のノズルプラグが固定され、棒状作動体を変位させて、各ノズル装置のノズルプラグを、ノズルハウジングに対して変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とするガス吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば飛しょう体に設けられ、この飛しょう体の推進力を得るために、固体燃料を燃焼して発生したガスを吐出するガス吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の技術の飛しょう体の並進制御用ノズル装置１００を示す断面図である。空気が希薄な高高度空間を飛しょうする飛しょう体は、ガス発生装置と、推進装置とを備え、推進装置は、複数の並進制御ノズル装置１００と、複数の姿勢制御ノズル装置とを有する。この飛しょう体は、ガス発生装置において燃料を燃焼して発生したガスを推進装置に導き、この推進装置が備える複数の並進制御用ノズル装置１００および複数の姿勢制御用ノズル装置から吐出して、並進制御および姿勢制御をしている。各並進制御用ノズル装置１００は、図１０に示すように、ノズル孔１０１を開閉するノズルプラグ１０２をノズルスロート部１０３の上流側に設けて、各ノズルプラグ１０２をノズルスロート部１０３の上流側で個別に変位させて、各ノズル装置１００からのガスの吐出量を制御する、いわゆるＢａｎｇ−Ｂａｎｇ方式（バング−バング方式）を採用した構成によって、並進制御している。また並進制御と同様に、Ｂａｎｇ−Ｂａｎｇ方式を採用した構成によって各姿勢制御ノズルをそれぞれ開閉して、姿勢制御している。
【０００３】
ガス発生装置で燃焼される燃料には、液体燃料に比べて取扱いが容易である固体燃料が用いられる。固体燃料は、燃焼面積およびガス発生装置内の圧力に対応する燃焼速度で燃焼し、この燃焼速度に対応する発生量で燃焼ガスを発生する燃焼特性を有している。具体的には、固体燃料では、燃焼面積が一定である場合、ガス発生装置内の圧力が高くなると燃焼ガスの発生量が多くなり、逆にガス発生装置内の圧力が低くなると燃焼ガスの発生量が少なくなり、さらにガス発生装置内の圧力が低くなりすぎると燃焼を維持することができなくなる。したがってガス発生装置は、内部の圧力が固体燃料の燃焼を維持できる圧力に保持できるように構成され、固体燃料が点火されて燃焼し始めると消火することが困難である。逆に一旦燃焼し始めた固体燃料を消火できたとしても、このときには、ガス発生装置内の圧力が、固体燃料の燃焼を維持できる圧力に保持されていないので、燃料を再点火して燃焼させることが極めて困難である。
【０００４】
このような理由から、固体燃料を燃焼させるガス発生装置を用いる飛しょう体では、固体燃料が一度点火されて燃焼し始めると、並進および姿勢制御する必要が無いときにも、固体燃料が燃焼してガスが発生され、各並進用ノズル装置１００および各姿勢制御ノズル装置から吐出し続けなければならず、固体燃料が無駄に燃焼されてしまう。したがってこのような固体燃料を用いる飛しょう体では、並進制御および姿勢制御の必要性に対応して、ガスの発生量を制御できるようにして、並進制御および姿勢制御できる時間を長くし、並進制御および姿勢制御をしながらの長距離飛しょうを可能にすることが望まれている。換言すれば、飛しょう体の高い運動性能を必要とするときには、高圧力のガスを短時間で大量に発生して大流量で吐出し、飛しょう体の高い運動性能を必要としないときには、ガス発生装置における単位時間あたりのエネルギ消費量を少なくするため、低圧力のガスを小量だけ発生して小流量で吐出し、固体燃料の無駄な消費量を少なくして長時間飛しょうを可能にすることが望まれる。
【０００５】
このような要望を実現するための手段として、たとえばガス発生装置に開閉バルブを設け、運動性能を必要としないときには、バルブを開けてガス発生装置内の圧力を低くしてガス発生量を少なくし、運動性能を必要とするときには、バルブを閉めてガス発生装置内の圧力を高くしてガス発生量を多くする手段がある。また他の手段として、固体燃料を多段、たとえば３段に分割し、１段目および３段目のガス発生量が多くなり、２段目のガス発生量が小さくなるように構成し、並進制御および姿勢制御をともに必要とするときには、１段目または３段目を燃焼してガス発生量を多くするとともに、各並進制御用ノズル装置１００および各姿勢制御用ノズル装置を開いて吐出量をそれぞれ制御し、姿勢制御だけを必要とするときには、２段目だけを燃焼してガス発生量を少なくするとともに、各並進制御用ノズル装置１００を完全に閉じかつ各姿勢制御用ノズル装置を開いて吐出量を制御するように構成される手段がある。この多段の固体燃料を用いる手段では、各並進制御用ノズル装置１００の閉塞は、前記バング−バング方式によって各ノズルプラグ１０２を用いて行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガス発生装置に開閉バルブを設ける構成では、別途に開閉バルブを設ける必要があるので、飛しょう体の質量が増加するとともに、当然コストも増加してしまう。またこの構成では、開閉バルブを開放してガスを放出することに伴って反動力が生じ、しかもこの反動力は不規則に生じるので、反動力によって飛しょう体が不安定運動を生じてしまう。
【０００７】
固体燃料を多段に分割し、並進制御ノズルをノズルプラグによって開閉する構成では、開閉バルブを設ける構成の前記課題は解決することができるけれども、次のような新たな問題を有する。たとえば１段目から２段目に移行するにあたって各並進制御用ノズル装置１００を閉塞する場合にまだ１段目が燃焼している時点など、ガスの発生量が多い時点で各並進制御用ノズル装置１００を閉塞してしまうと、ガス発生装置内の圧力が異常に高く上昇して爆発するおそれがある。また逆に、たとえば１段目から２段目に移行するにあたって各並進制御用ノズル装置１００を開閉する場合に１段目が燃焼しきって２段目に移行してしまっている時点など、ガス発生量が少なくなり過ぎてしまった時点で各並進制御用ノズル装置１００を閉塞しても、閉塞する前にガス発生装置内の圧力が低くなりすぎて消火してしまい、ガスの発生が停止してしまうおそれがある。
【０００８】
また本件出願人は、図１１に示される推力制御ノズル１１０を提案し、特開平１１−８３３９６に公開されている。この推力制御ノズル１１０では、ノズルスカート１１１とノズルプラグ１１２とによってノズル１１３を構成し、このような２つのノズル１１３を１対にして各ノズル孔１１４を図示しないハウジングの外方に臨ませて設け、各ノズルプラグ１１２を１本のシャフト１１５の両端に結合し、シャフト１１５を左右に摺動させて各ノズル孔１１４の開度を連続的にかつ差動的に可変する１個のアクチュエータ１１６をシャフト１１５に連繋している。このような構成によって推進力を連続的にかつ差動的に変化させることができる。このような優れた推力制御ノズル１１０もまた、新たな改良が望まれている。
【０００９】
本発明の目的は、ガス発生装置の爆発および固体燃料の消火を防ぐことができ、かつ固体燃料の無駄な消費を少なくすることができるガス吐出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、同軸かつ対称に配置される２つのノズル装置であって、
固体燃料を燃焼させて、経時的に変化するガス発生量でガスを発生させるガス発生装置に連なる内部空間が形成されるノズルハウジングと、
ノズルハウジングに設けられ、ノズルハウジングの内部空間と外部空間とを連通するノズル孔が形成されるノズルスカートと、
ノズルハウジングおよびノズルスカートに対して変位可能に設けられ、ノズルスカートに対して変位することによってノズル孔の開度を変化するノズルプラグとをそれぞれ有し、
各ノズルハウジングの内部空間は、相互に連なっており、各ノズルスカートは、各ノズルハウジングに対してそれぞれ変位可能に設けられ、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する２つのノズル装置と、
棒状作動体を有し、棒状作動体の両端部に各ノズル装置のノズルプラグが固定され、棒状作動体を変位させて、各ノズル装置のノズルプラグを、ノズルハウジングに対して変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とするガス吐出装置である。
【００１１】
本発明に従えば、ガス発生装置で固体燃料を燃焼して発生されたガスは、ノズルハウジングの内部空間に導かれ、ノズルスカートのノズル孔を介して、外部空間に吐出することができる。ノズルプラグは、駆動手段によってノズルハウジングに対して変位駆動され、ノズルプラグが、ノズルスカートに対して変位される。これによってノズル孔の開度を変化させ、ノズルからのガスの吐出流量を変化させることができる。しかも各ノズル装置は、対称に配置され、各ノズル装置のノズルプラグが駆動手段の棒状作動体によって連動して駆動されるので、各ノズル装置の開度の合計を変化させることなく、各ノズル装置の開度を変化させることができる。
【００１２】
さらにノズルスカートは、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する。これによってノズルプラグが変位駆動されて変位することによるガスの吐出流量の制御とは別に、ノズルスカートが変位することによってノズルハウジングの内部空間の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【００１３】
このように内部空間内のガスの圧力に応じてガスの吐出量を制御することができるので、ガス発生装置でのガスの発生量が多くなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が低くなると、ノズル孔の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【００１４】
したがって、たとえば単位時間当たりのガス発生量が異なる多段に分割される固体燃料を用いる場合に１つの段から他の段に燃焼が移行されるときなど、ガス発生装置でのガス発生量が変化するとき、このガス発生量の変化に追従してノズル孔の開度を変化することができる。このようにノズル孔の開度を変化させることによって、ガスの吐出流量を制御して、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料の消火を、防止することができる。
【００１５】
このようにガス吐出装置は、駆動手段によるノズルプラグの変位駆動と、ノズルハウジング内の圧力変動に伴うノズルスカートの変位との、２系統の吐出流量調整ができる。したがってガス吐出装置は、ガスの発生量が変化するガス発生装置からのガスを吐出することによって、飛しょう体の位置および姿勢を制御するための装置として好適に用いることができる。つまりガス吐出装置は、たとえば飛しょう体に、ノズル装置を対称に配置して設けることによって、ノズルスカートの変位によってガス発生装置でのガスの発生量の変化に追従し、かつノズルプラグの変位駆動によって吐出流量を制御して、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。これによって、たとえば上述の多段に分割される固体燃料を用いて、飛しょう体の飛しょう状況に応じてその飛しょう制御に必要な発生量でガスを発生させるようにし、爆発および固体燃料の消火が生じないようにして固体燃料の無駄な燃焼を少なくしたうえで、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。
【００１６】
請求項２記載の本発明は、同軸かつ対称に配置される２つのノズル装置であって、
固体燃料を燃焼させて、経時的に変化するガス発生量でガスを発生させるガス発生装置に連なる内部空間が形成されるノズルハウジングと、
ノズルハウジングに設けられ、ノズルハウジングの内部空間と外部空間とを連通するノズル孔が形成されるノズルスカートと、
ノズルハウジングおよびノズルスカートに対して変位可能に設けられ、ノズルスカートに対して変位することによってノズル孔の開度を変化するノズルプラグとをそれぞれ有し、
各ノズルハウジングの内部空間は、相互に連なっており、各ノズルプラグは、各ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する可動部を有する２つのノズル装置と、
棒状作動体を有し、棒状作動体の両端部に各ノズル装置のノズルプラグが固定され、棒状作動体を変位させて、各ノズル装置のノズルプラグを、ノズルハウジングに対して変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とするガス吐出装置である。
【００１７】
本発明に従えば、ガス発生装置で固体燃料を燃焼して発生されたガスは、ノズルハウジングの内部空間に導かれ、ノズルスカートのノズル孔を介して、外部空間に吐出することができる。ノズルプラグは、駆動手段によってノズルハウジングに対して変位駆動され、ノズルプラグがノズルスカートに対して変位される。これによってノズル孔の開度を変化させ、ノズルからのガスの吐出量を変化させることができる。しかも各ノズル装置は、対称に配置され、各ノズル装置のノズルプラグが駆動手段の棒状作動体によって連動して駆動されるので、各ノズル装置の開度の合計を変化させることなく、各ノズル装置の開度を変化させることができる。
【００１８】
さらにノズルプラグは、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する可動部を有する。これによってノズルプラグが変位駆動されて変位することによるガスの吐出流量の制御とは別に、可動部が変位することよってノズルハウジングの内部空間の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【００１９】
このようにガス圧に応じてガスの吐出量を制御することができるので、ガス発生装置でのガスの発生量が多くなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が低くなると、ノズル孔の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【００２０】
したがって、たとえば単位時間当たりのガス発生量が異なる多段に分割される固体燃料を用いる場合に１つの段から他の段に燃焼が移行されるときなど、ガス発生装置でのガス発生量が変化するとき、このガス発生量の変化に追従してノズル孔の開度を変化することができる。このようにノズル孔の開度を変化させることによって、ガスの吐出流量を制御して、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料の消火を、防止することができる。
【００２１】
このようにガス吐出装置は、駆動手段によるノズルプラグの変位駆動と、ノズルハウジング内の圧力変動に伴うノズルプラグの可動部の変位との、２系統の吐出流量調整ができる。したがってガス吐出装置は、ガスの発生量が変化するガス発生装置からのガスを吐出することによって、飛しょう体の位置および姿勢を制御するための装置として好適に用いることができる。つまりガス吐出装置は、たとえば飛しょう体に、ノズル装置を対称に配置して設けることによって、ノズルプラグの可動部の変位によってガス発生装置でのガスの発生量の変化に追従し、かつノズルプラグの変位駆動によって吐出流量を制御して、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。これによって、たとえば上述の多段に分割される固体燃料を用いて、飛しょう体の飛しょう状況に応じてその飛しょう制御に必要な発生量でガスを発生させるようにし、爆発および固体燃料の消火が生じないようにして固体燃料の無駄な燃焼を少なくしたうえで、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のノズル装置１を示す断面図である。ノズル装置１は、ガスを吐出するための装置であって、ノズルハウジング２と、ノズルスカート３と、ノズルプラグ４とを含む。ノズルハウジング（以下「ハウジング」という場合がある）２は、外形形状が大略的に円柱状であって、図１の紙面に垂直なハウジング２の軸線Ｌ０に沿って延びる内部空間５が形成される。この内部空間５には、吐出すべきガスが導かれる。
【００２３】
ノズルスカート（以下「スカート」という場合がある）３は、ハウジング２の軸線方向一箇所におけるハウジング２の外周部の周方向一箇所に設けられ、スカート３の軸線Ｌ１は、ハウジング２の軸線Ｌ０と直交している。スカート３には、その軸線Ｌ１に沿って貫通するノズル孔６が形成され、ノズル孔６によってハウジング２の内部空間５と外部空間７とが連通される。
【００２４】
ノズルプラグ（以下「プラグ」という場合がある）４は、少なくとも部分的にノズル孔６内に嵌まり込んだ状態で、スカート３と同軸に、すなわち一直線が共通に軸線となるように設けられる。プラグ４は、ハウジング２およびスカート３に対して、その軸線（以下も含めて同様にスカートの軸線と一致する軸線、すなわち同軸となる構成の軸線には同一の符号を用いる）Ｌ１に沿って変位可能である。
【００２５】
ハウジング２のスカート３が設けられる部分には、スカート３と同軸になる円柱状の取付孔８が、この軸線Ｌ１に沿って貫通して形成される。この取付孔８に気密に嵌まり込んで、略円筒状のスカートホルダ（以下「ホルダ」という場合がある）９が、スカート３と同軸に固定される。ホルダ９は、内部空間側部分１０と、この内部空間側部分１０よりも厚みが小さい外部空間側部分１１とを有している。ホルダ９の外周面は、軸線方向に一様な円筒面に形成され、ホルダ９の内周面は、内部空間側部分１０の円筒面と、外部空間７側部分１１の円筒面とが、段差面によって連なって形成されている。
【００２６】
このホルダ９を挿通する状態で、スカート３がハウジング２に設けられる。スカート３は、ノズル孔６が形成されて筒状の形状を成し、本体部１２と、本体部１２に内部空間５側で連なる係止部１３と、本体部１２に外部空間７側で連なるフランジ部１４とを有する。
【００２７】
本体部１２は、外周部分が段差を有して形成され、外周面は、内部空間５側の部分の円筒面と、この円筒面よりも小径である外部空間７側の部分の円筒面とが、段差面によって連なって形成される。また本体部１２は、軸線方向中間に、ノズル孔６を縮径するノズルスロート部（以下「スロート部」という場合がある）１７を有し、したがって本体部１２の内周部分は、スロート部１７が最も半径方向内方に突出しており、内周面は、このスロート部１７から内部空間５に向かうにつれて半径方向内方に凸の湾曲面で半径方向外方に拡径し、スロート部１７から外部空間７に向かうにつれて円錐台状面で半径方向外方に拡径している。
【００２８】
係止部１３は、周方向に延びる円環状であって、本体部１２の内部空間５側の部分の円筒外周面よりも半径方向外方に突出している。フランジ部１４は、周方向に延びる円環状であって、本体部１２の内部空間５側の部分の円筒外周面よりも半径方向外方に突出している。
【００２９】
このスカート３は、本体部１２がホルダ９内に嵌まりこんだ状態で設けられる。本体部１２の内部空間５側の部分の円筒外周面が、ホルダ９の内部空間側部分１０の内周面によって、気密にかつ軸線方向に摺動自在に支持される。本体部１２は、軸線方向の寸法が、ホルダ９の軸線方向の寸法よりも大きく形成されている。係止部１３は、ホルダ９の内部空間側部分１０に係止可能であり、係止部１３がホルダ９に係止されることによって、スカート３の外部空間７側への変位が阻止される。またフランジ部１４は、ホルダ９の外部空間側部分１１の内周面よりも半径方向外方に突出しており、ホルダ９の外部空間側部分１１に係止可能であり、フランジ部１４がホルダ９に係止されることによって、スカート３の内部空間側への変位が阻止される。したがってスカート３は、図１に示すようにフランジ部１４がホルダ９に係止された最も内部空間５に入り込んだ没入位置５０と、図２に示すような係止部１３がホルダ９に係止された最も外部空間７に突出した突出位置５１との間で、軸線方向に、具体的には軸線Ｌ１に沿って、内部空間５側に移動する没入方向Ａ１およびその逆方向である外部空間７側に移動する突出方向Ａ２に、ハウジング２に対して気密を保った状態で変位することができる。
【００３０】
このようにスカート３が設けられた状態で、本体部１２の外周部分の外部空間７側の部分と、ホルダ９の外部空間側部分１１との間に大略的に円筒状の収納空間が形成され、この収納空間には、たとえば圧縮コイルばねによって実現されるばね部材１９が収納される。スカート３の本体部１２は、外周部分の内部空間側の部分の軸線方向寸法が、ホルダ９の内部空間側部分１０の軸線方向寸法と同一に形成されており、ばね部材１９は、一端部がホルダ９の段差面に弾発的に当接して支持され、他端部がスカート３のフランジ部１４に弾発的に当接して支持される。このばね部材１９は、スカート３に、ハウジング２に対して外部空間７側に向かう突出方向Ａ２のばね力を与える。したがってスカート３は、このばね力以外の外力が作用していない状態では、図２に示す突出位置５１にある。
【００３１】
またハウジング２の外周部のスカート３が設けられる部分と軸線Ｌ０に関して反対側の部分には、スカート３と同軸に円筒状の取付孔２０が、その軸線Ｌ１に沿って貫通して形成される。この取付孔２０に気密に嵌まり込んで、円筒状の可動支持体２１が、スカート３と同軸に設けられる。可動支持体２１は、挿通孔２４が形成された円筒状の本体部２２と、本体部２２の内部空間５側で連なる突部２３とを有する。本体部２２の内周面および外周面は、軸線Ｌ１と同軸の円筒面である。突部２３は、環状であって、本体部２２の外周部で軸線方向に突出し、その外周面は、本体部２２の外周面を軸線方向に延長した円筒面である。
【００３２】
このような可動支持体２１は、本体部２２および突部２３にわたって一様な外周面が、ハウジング２の取付孔２０における内周面によって気密にかつ軸線方向に摺動自在に支持される。この可動支持体２１は、周方向に間隔をあけて設けられる連結片２５によって、スカート３の係止部１３に連結され、スカート３と一体に形成され、１つの構成体を成す。
【００３３】
スカート３の内部空間５に臨む表面を、軸線Ｌ１に垂直な平面に投影した面積Ｓ１は、可動支持体２１の内部空間５に臨む表面を、軸線Ｌ１に垂直な平面に投影した面積Ｓ２よりも小さい。面積Ｓ１は、スカート３が外部空間７に突出する突出方向Ａ２に力が作用するように、スカート３を含む構成体が内部空間５内のガスの圧力を受ける受圧面積である。また面積Ｓ２は、スカート３が外部空間７から内部空間５に没入する方向に力が作用するように、スカート３を含む構成体が内部空間５内のガスの圧力を受ける受圧面積である。このようにスカート３、可動支持体２１および連結片２５が一体に形成される構成体は、内部空間５内のガスの圧力を受ける受圧面積Ｓ１，Ｓ２に差を有するので、内部空間５内のガスの圧力が正圧である場合には、内部空間５内のガスの圧力によって、スカート３を外部空間７から内部空間５に没入させる方向（スカート３においては没入方向Ａ１）に力を受ける。
【００３４】
内部空間５内のガスの圧力が正圧である場合に、この内部空間５内のガスの圧力が高くなると、内部空間５内のガスからスカート３を含む構成体が受ける押圧力が大きくなり、逆に内部空間５内のガスの圧力が低くなると、内部空間５内のガスからスカート３を含む構成体が受ける押圧力が小さくなる。このように内部空間５内のガスの圧力によって変化する押圧力が所定の範囲にあるときに、スカート３が没入位置５０と突出位置５１との間で変位するように、ばね部材１９のばね力が設定されている。したがってスカート３を含む構成体は、内部空間５のガスの圧力に応じて変位する。
【００３５】
プラグ４は、内部空間５寄りの円柱状である小径部分２８と、外部空間７寄りの円柱状である大径部分２９と、各部分２８，２９間の円錐台状であるテーパ部分３０とを有する。これら各部分２８〜２９は、中実であって、プラグ４の軸線Ｌ１が中心を通っている。大径部分２９は、小径部分２８よりも大径である。テーパ部分３０は、外部空間７に向かうにつれて拡径する形状である。小径部分２８の円筒の外周面と大径部分２９の円筒の外周面とは、テーパ部分３０の円錐台の外周面によって連なっている。大径部分２９の外径は、スロート部１７の内径と同一またはスロート部１７の内径よりもほんのわずかに小さい径である。
【００３６】
このノズルプラグ４は、棒状作動体３２に固定されている。棒状作動体３２は、可動支持体２１の挿通孔２４を挿通して端部が内部空間５に挿入されている。この棒状作動体３２は、スカート３およびプラグ４などと同軸に設けられ、可動支持体２１に対して軸線方向に変位可能である。可動支持体２１と棒状作動体３２との間は、気密が達成されている。棒状作動体３２の端部に、プラグ４が小径部分２８で連結され、プラグ４と棒状作動体３２とは、一体に形成される。棒状作動体３２がハウジング２に対して軸線方向に変位され、これによって棒状作動体３２がスカート３に対して軸線方向に変位されると、プラグ４がスカート３に対して軸線方向に変位される。プラグ４は、図１に実線で示す中立位置５２を中心にして、図１に仮想線で示すように最も内部空間５に入り込んだ没入位置５３と、図１に仮想線で示すように最も外部空間７に突出した突出位置５４との間で、軸線方向に、具体的には軸線Ｌ１に沿って、内部空間５側に移動する没入方向Ｂ１およびその逆方向である外部空間７側に移動する突出方向Ｂ２に、ハウジング２に対して変位することができる。
【００３７】
ノズル装置１では、スカート３とプラグ４とが相対的に軸線方向に変位すると、ノズル孔６の開度が変化する。具体的に述べると、図１に示すように、スカート３が没入位置５０にあり、かつプラグ４が中立位置５２にある状態では、スロート部１７が、内部空間５側の小径部分２８に臨んでいる。この状態では、スカート３とプラグ４とは間隔をあけた状態にあり、ノズル孔６はある開度で開いている。
【００３８】
この図１に実線で示す状態から、ハウジング２に対して、スカート３が変位することなくプラグ４が没入方向Ｂ１に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０に近づき、やがてスロート部１７がテーパ部分３０に臨むようになる。さらにプラグ４が変位されて、図１に仮想線で示す没入位置５３に達すると、スロート部１７が大径部分２９の内部空間５寄りの端領域に臨むようになる。また逆に、図１に実線で示す状態から、ハウジング２に対して、スカート３が変位することなくプラグ４が突出方向Ｂ２に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０から遠ざかり、やがて突出位置５４に達する。このようにスカート３が没入位置５０にある状態では、プラグ４の位置に応じて、没入位置５３に近づくにつれて開度が小さくなり、突出位置５４に近づくにつれて開度が大きくなるように、開度が変化する。スカート３が没入位置５０にあり、プラグ４が没入位置５３にある状態では、スロート部１７が大径部分２９のテーパ部分３０寄りの端領域に臨んでいる。このようにスロート部１７が大径部分２９に臨む状態では、スロート部１７の内径と大径部分２９の外径との寸法関係から、ノズル孔６は閉鎖されている。
【００３９】
また図１に実線で示す状態から、ハウジング２に対して、プラグ４が変位することなく、スカート３が突出方向Ａ２に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０に近づき、やがてスロート部１７がテーパ部分３０に臨むようになる。さらにスカート３が変位されて、図２に示す突出位置５１に達すると、スロート部１７が大径部分２９の内部空間５寄りの端領域に臨むようになる。このようにプラグ４が中立位置５２にある状態では、スカート３の位置に応じて、没入位置５０に近づくにつれて開度が大きくなり、突出位置５１に近づくにつれて開度が小さくなるように、開度が変化する。プラグ４が中立位置５２にあり、スカート３が突出位置５１にある状態では、スロート部１７が大径部分２９のテーパ部分３０寄りの端領域に臨んでいる。このときには、前述のようにノズル孔６は閉鎖されている。
【００４０】
さらに開度変化の具体例を述べると、図２に示す状態から、ハウジング２に対して、スカート３が変位することなくプラグ４が突出方向Ｂ２に変位されると、スロート部１７がテーパ部分３０に臨むようになり、さらに変位されることによって小径部分２８に臨むようになる。プラグ４は、突出位置５４まで変位することができる。スカート３が突出位置５１にある状態で、プラグ４の位置に応じて、中立位置５２に近づくにつれて開度が小さくなり、突出位置５４に近づくにつれて開度が大きくなるように、開度が変化する。また図１に示す状態から、ハウジング２に対して、スカート３が変位することなくプラグ４が没入方向Ｂ１に変位される場合、スロート部１７の臨む位置は変化するけれども、大径部分２９に臨んだ状態が継続されるので、ノズル孔６の閉鎖状態が継続される。
【００４１】
ノズル装置１では、前述したように、スカート３およびプラグ４のハウジング２に対する位置に拘らず、スカート３とプラグ４との相対的な位置関係によってノズル孔６の開度が決定される。スロート部１７が大径部分２９に臨んでいる状態では、ノズル孔６は閉鎖する。スロート部１７がテーパ部分３０および小径部分２８に臨んでいる状態では、ノズル孔６は開放しており、スロート部１７の臨む位置が大径部分２９に近づくにつれてノズル孔６の開度は小さくなり、スロート部１７の臨む位置が大径部分２９から遠ざかるにつれてノズル孔６の開度は大きくなる。
【００４２】
たとえば図２に示すようなスロート部１７が大径部分２９のテーパ部分３０寄りの端領域に臨むようなスカート３とプラグ４との位置関係を第１の位置関係とし、スカート３が突出位置５０にありかつプラグ４が突出位置５４にあるスカート３とプラグ４との位置関係を第２の位置関係とすると、第２の位置関係にあるときノズル孔６の開度が最も大きく、第１の位置関係にあるときノズル孔６は閉鎖しており、この第１の位置関係から第２の位置関係に近づくようにわずかにでもスカート３およびプラグ４の位置関係が変化するとノズル孔６は開放される。このような第１の位置関係と第２の位置関係との間において、スカート３およびプラグ４が相対的に変位するとき、ノズル孔６の開度の変化量は、スカート３とプラグ４との相対的な変位量に比例する。
【００４３】
スカート３およびプラグ４のうちのいずれか一方がハウジング２に対して停止した状態で、いずれか他方がハウジング２に対して変位すると、スカート３およびプラグ４が相対的に変位し、ノズル孔６の開度が変化する。またスカート３およびプラグ４の両方がハウジング２に対して変位する場合、スカート３およびプラグ４の変位方向が同一でありかつ変位量が同一であれば、ノズル孔の開度は変化しないが、スカート３およびプラグ４の変位方向が異なる場合および変位方向が同一であっても変位量に差があれば、スカート３およびプラグ４が相対的に変位することになり、ノズル孔６の開度が変化する。
【００４４】
このようなノズル装置１の各部材２，３，４，９，１９，２１，２５などは、耐熱性の高い部材、たとえばモリブデン、タングステン、グラファイトおよびＣ／Ｃコンポジットなどから成る。
【００４５】
図３は、ノズル装置１を備えるガス吐出装置４０を示す断面図である。ガス吐出装置４０は、２つのノズル装置１を備え、各ノズル装置１は、同軸かつ対称に配置される。具体的には、各軸線Ｌ１を一致させて、各軸線Ｌ１に垂直な仮想平面に対して対称となるように、各ノズル孔６を相互に離反する方向に開口させて配置される。また各ノズル装置１の各ハウジング２に形成される各内部空間５は、相互に連なっており、各内部空間５内のガスの各圧力は、同一である。ガス吐出装置４０は、これら２つのノズル装置１と、各ノズル装置１の各ノズルプラグを変位駆動するための駆動手段４１とを含む。駆動手段４１は、前述の棒状作動体３２と、操作片４２と、駆動源４３とを含む。
【００４６】
棒状作動体３２は、大略的に細長い円柱状であって、両端部が先細の円錐台形状に形成されている。この棒状作動体３２は、各ノズル装置１の各可動支持体２１をそれぞれ挿通し、両端部が各ノズル装置１の各ハウジング２に形成される各内部空間５にそれぞれ挿入されている。この棒状作動体３２の両端部に、各ノズル装置１の各プラグ４がそれぞれ固定されている。また棒状作動体３２の軸線方向両端部間の中間部には、外周部から軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２に沿って突出する円柱状の係合ピン４４が設けられている。本実施の形態では、各軸線Ｌ０，Ｌ２は相互に平行であるが、他の形態として平行でなくてもよい。
【００４７】
操作片４２は、長手状の部材であり、長手方向一端部は略Ｕ字状に形成されて係合凹所４５が形成され、長手方向他端部は円弧状に形成されかつ扇形歯車４６が一体に形成されている。このような操作片４２は、各軸線Ｌ１に垂直である平面に対して平行な軸線Ｌ３まわりに角変位可能に設けられる。また軸線Ｌ３は、係合ピン４４の軸線Ｌ２と平行である。棒状作動片３２に係合ピン４４がその軸線Ｌ２まわりに回動可能に嵌まり込んで、結合ピン４４と操作片４２とは、係合ピン４４の軸線Ｌ２まわりに角変位可能にかつ操作片４２の長手方向にスライド変位可能に連結されている。
【００４８】
駆動源４３は、たとえばサーボモータによって実現され、操作片４２の角変位の軸線Ｌ３と平行な軸線Ｌ４の出力軸を有しており、この出力軸には歯車４７が同軸に設けられている。この歯車４７は、操作片４２の扇形歯車４６に噛合している。
【００４９】
駆動源４３によって歯車４７がその軸線Ｌ４まわりに回転駆動または角変位駆動されると、歯車４７の回転が扇形歯車４６から操作片４２に軸線Ｌ３まわりの角変位として伝わり、操作片４２が角変位駆動される。操作片４２が角変位されると、この角変位が係合ピン４４から棒状作動体３２に、その軸線方向のスライド変位として伝わり、棒状作動片３２が軸線方向に変位駆動される。このように駆動手段４１は、棒状作動片３２をその軸線方向に変位駆動することができ、これによって棒状作動片３２に固定される各ノズル装置１の各プラグ４を駆動することができる。
【００５０】
各プラグ４は、たとえば一方のノズル装置１のプラグ４が、没入方向Ｂ１に変位されると、他方のノズル装置１のプラグ４が、突出方向Ｂ２に、一方のノズル装置１のプラグ４の変位量と同一変位量だけ変位される。各ノズル装置１におけるスカート３とプラグ４との位置関係が第１の位置関係と第２の位置関係との間の位置関係にある状態を保持して、各プラグ４が駆動手段４１によって変位されるとき、一方のノズル装置１のノズル孔６の開度の小さくなった変化量（減少量）と、他方のノズル装置１のノズル孔６の開度の大きくなった変化量（増加量）とは同一である。したがってこのような場合、各ノズル装置１の開度の合計は変化することなく、各ノズル装置１の開度がそれぞれ変化される。
【００５１】
図３に示すように各スカート３が没入位置５０にあるときには、各プラグ４が没入位置５３と突出位置５４との間のどの位置にあっても、各ノズル装置１におけるスカート３とプラグ４との位置関係は、第１の位置関係と第２の位置関係との間のいずれかの位置関係にある。したがって各スカート３が没入位置５０にあるときには、各プラグ４が駆動手段４１によっていずれの範囲で変位されても、各ノズル装置１の開度の合計が変化することなく、各ノズル装置１の開度がそれぞれ変化される。各プラグ４が中立位置５２にある状態では、各ノズル装置１の開度は同一である。
【００５２】
また図３に示す状態から各内部空間５内のガスの圧力が低下して、各スカート３が突出方向Ａ２に変位すると、各ノズル装置１のノズル孔６の開度は、共に小さくなる。また逆に図４に示す状態から各内部空間５内のガスの圧力が上昇して、各スカート３が没入方向Ａ１に変位すると、各ノズル装置１のノズル孔６の開度は、共に大きくなる。このように各スカート３が変位して各ノズル孔６の開度が変化するとき、各ノズル装置１における開度の変化量は、相互に同一である。したがって各プラグ４が中立位置にあるときには、各ノズル装置１のノズル孔６の開度は、スカート３の位置に拘らず互いに同一である。図４に示すように各スカート４が突出位置５１に達すると、各ノズル装置１のノズル孔６がともに閉鎖される。この図４に示す状態から、各プラグ４が駆動手段４１によって変位された場合には、プラグ４が突出方向Ｂ２に変位されるノズル装置１では、ノズル孔６が開放し、プラグ４が没入方向Ｂ１に変位されるノズル装置１では、ノズル孔６の閉鎖が維持される。
【００５３】
図５は、ガス吐出装置４０を備える推進装置５０を部分的に切り欠いて示す断面図であり、図６は、図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見て示す断面図であり、図７は、推進装置５０を備える飛しょう体５１を示す断面図である。飛しょう体５１は、本実施の形態で一例として述べると人工衛星であって、図示しないロケット本体から打ち出された後に、真空またはほぼ真空である高高度の衛星軌道に正確に乗るために、軌道修正をするための推進力が必要である。
【００５４】
飛しょう体５１は、各推進装置５０，２０１と、所定の機能を有する機器２００とを含む。機器２００は、機首５５寄りの位置に設けられる。機器２００は、たとえば電子機器によって実現される。推進装置２０１は、機軸方向の推進力を得るための装置であって、飛しょう体５１の機尾５６に設けられ、燃焼ガスをノズル５７から後方に吐出して、機尾５６から機首５５に向かう方向の推進力を得る。
【００５５】
推進装置５０は、機軸方向に垂直な方向の推進力（並進制御力）および機軸Ｌ５を角変位させる推進力（姿勢制御力）を得るための装置であって、推進装置２０１と機器２００との間に設けられる。推進装置５０は、ガス発生装置５８と、並進制御装置５９と、姿勢制御装置６０とを含む。
【００５６】
ガス発生装置５８は、ハウジング６１によって規定される燃焼室６２で複数（本実施の形態では３つ）の固体燃料６３，６４，６５を燃焼してガスを発生する装置である。各固体燃料６３〜６５は、従来技術に関連して述べたような燃焼特性を有する。燃焼室６２内のガスの圧力が一定である場合の単位時間あたりの燃焼ガス発生量が、第１および第３固体燃料６３，６５はほぼ同一となり、第２固体燃料６４は第１および第３固体燃料６３，６５よりも少なくなるように構成されている。またガス発生装置５８は、各固体燃料６３〜６５に選択的に点火して燃焼させることができる。以下の説明においてガスの「発生量」は、単位時間あたりの発生量を意味するものとする。
【００５７】
並進制御装置５９は、２つのガス吐出装置４０を含み、一方のガス吐出装置４０の各ノズル装置１の軸線Ｌ１と他方のガス吐出装置４０の各ノズル装置１の軸線Ｌ１と、機軸Ｌ５とは相互に垂直である。４つのノズル装置１は、機軸Ｌ５周りの周方向に等間隔となる９０度毎に設けられ、各ノズル孔６を半径方向外方に向けて設けられる。一方のガス吐出装置４０の各ノズル装置１は、周方向に１８０度毎に配置され、また他方のガス吐出装置４０の各ノズル装置１は、周方向に１８０度毎に、かつ一方のガス吐出装置４０の各ノズル装置１と周方向に９０度ずれた位置に配置される。各ノズル孔６は、飛しょう体５１の外壁６６に形成される孔を介して、飛しょう体５１の外部に連なっており、したがって外部空間７は、飛しょう体５１の外部の空間である。
【００５８】
４つのノズル装置１は、各内部空間５が燃焼室６２に共通に連なっており、各固体燃料６３〜６５の燃焼ガスが導かれ、各ノズル孔６から燃焼ガスを吐出することができる。各内部空間５内のガスの圧力は、燃焼室６２内のガスの圧力と同一であって、４つのノズル装置１は、ノズル孔６の開度に対応した吐出流量でガスを吐出する。各ノズルプラグ４を変位させて各ノズル孔６からの吐出流量を異ならせれば、推進力に差が生じ、飛しょう体５１を機軸Ｌ５と垂直な方向に移動（並進）させることができる。
【００５９】
姿勢制御装置６０は、３つのガス吐出装置７０を含み、各ガス吐出装置７０は、ガス吐出装置４０において、ノズル装置１をノズル装置７１に置き換えた構成を有する。各ノズル装置７１は、並進制御装置５９が備えるノズル装置１と類似しており、対応する構成に同一の符号を用いて異なる点についてだけ説明する。各ノズル装置７１では、スカート３が没入位置５０でハウジング２に固定されて設けられ、連結片２５に相当する部分はなく、可動支持部材２１に相当する部分は、スカート３と別体であってハウジング２に固定されて設けられ、ばね部材１９は有していない。各ノズル装置７１のその他の構成は、ノズル装置１と同様である。
【００６０】
３つのガス吐出装置のうち２つのガス吐出装置７０は、各ノズル装置７１の軸線Ｌ１が機軸Ｌ５に垂直な仮想平面上で相互に平行に位置し、各ノズル装置７１が機軸Ｌ５に関して対称となるように配置される。また３つのガス吐出装置のうち残りの１つのガス吐出装置７０は、各ノズル装置７１の軸線Ｌ１が、機軸Ｌ５に垂直な仮想平面上で、前記一組のガス吐出装置７０の各ノズル装置７１の軸線Ｌ１に対して垂直にかつ機軸Ｌ５を通過するように配置される。
【００６１】
したがって６つのノズル装置７１は、機軸Ｌ５周りの周方向に９０度毎の４箇所に、交互に１つまたは２つ設けられる。１つの箇所に設けられる２つのノズル装置７１は、各ノズル孔６を同一の外方に向けている。一組のガス吐出装置７０の各ノズル装置７１は、周方向に１８０度毎の位置に２つづつ配置される。また残りの１つのガス吐出装置７０の各ノズル装置７１は、周方向に１８０度毎となり、かつ一組のガス吐出装置７０の各ノズル装置７１と機軸Ｌ５まわりの周方向に９０度ずれた位置に配置される。
【００６２】
６つのノズル装置７１は、各内部空間５が燃焼室６２に共通に連なっており、各固体燃料６３〜６５の燃焼ガスが導かれ、各ノズル孔６から燃焼ガスを吐出することができる。各内部空間５内のガスの圧力は、燃焼室６２内のガスの圧力と同一であって、６つのノズル装置７１は、ノズル孔６の開度に対応した吐出流量でガスを吐出する。各ノズルプラグを変位させて、各ノズル孔６からの吐出流量を異ならせれば、推進力に差が生じ、飛しょう体５１を機軸Ｌ５と垂直な軸線まわりに角変位（姿勢変化）させることができる。
【００６３】
このような飛しょう体５１は、所定の衛星軌道に正確に乗ることができれば、その後は推進力を得なくても、衛星軌道上を周回して飛しょうし続けることができる。この飛しょう体５１は、たとえば気象情報などの情報を機器２００によって取得して地上の施設に送信するといった所定の動作をすることができる。
【００６４】
飛しょう体５１では、衛星軌道に正確に乗るために、各推進装置５０，２０１が用いられる。推進装置２０１は、機軸Ｌ５方向の推進速度の調整のために用いられ、飛しょう体５１がロケット本体から打出された後、推進装置２０１によって機軸方向の推進速度が衛星軌道に乗るための速度に調整される。推進装置５０は、並進制御および姿勢制御のために用いられ、飛しょう体５１がロケット本体から打出された後、推進装置５０によって衛星軌道に乗るために並進し、かつ姿勢を変化させることができる。
【００６５】
さらに推進装置５０では、並進制御装置５９の各ノズル装置１のノズルスカート３は、ハウジング２の内部空間５のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔６を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔６を閉鎖する方向に変位する。これによって駆動手段４１によるプラグ４の変位によるガスの吐出流量の制御とは別に、スカート３の変位によってハウジング２の内部空間５の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【００６６】
このようにノズル装置１は、内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力に応じてガスの吐出流量を制御することができるので、ガス発生装置５８でのガスの発生量が多くなり、これに伴って内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８内のガスの圧力、すなわち燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置５８でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジング２の内部空間５のガスの圧力が低くなると、ノズル孔６の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【００６７】
内部空間５のガスの圧力は、燃焼室６２でのガスの発生量と、各ノズル装置１，７１からのガスの吐出流量の合計とが平衡する圧力となる。本実施の形態では、第１および第３固体燃料６３，６５のいずれか一方が燃焼しているときには、内部空間５のガスの圧力は、各ノズル装置１のスカート３が没入位置５０に配置される圧力となって、各ノズル装置１の開度の合計が最大となった状態で、各ノズル装置１，７１からガスが吐出されて、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡する。このときの内部空間５の圧力は、推進装置５０の爆発が防止され、かつ燃焼している第１または第３固体燃料６３，６５の燃焼が維持される圧力であり、たとえば約８１０６．０ｋＰａ（８０ａｔｍ）である。
【００６８】
また第２固体燃料６４だけが燃焼しているときには、内部空間５のガスの圧力は、各ノズル装置１のスカート３が突出位置５１に配置される圧力となり、各ノズル装置１のプラグ４が中立位置にあると各ノズル装置１は閉じた状態で、各ノズル装置７１からガスが吐出されて、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出量とが平衡する。またこの状態から各ノズル装置１のプラグ４が変位されたときには、少なくとも１つのノズル装置１が開いてガスが吐出されるが、このときガスの圧力もまた、各ノズル装置１のスカート３が突出位置５１に配置される圧力である。これら第２固体燃料６４だけが燃焼しているときの内部空間５の圧力は、推進装置５０の爆発が防止され、かつ第２固体燃料６４の燃焼が維持される圧力であり、両者ともたとえば約２０２６．５ｋＰａ（２０ａｔｍ）である。
【００６９】
したがって第１または第３固体燃料６３，６５を燃焼して、ガス発生装置５８でのガスの発生量が多いときには、並進制御装置５９からのガスの吐出流量をいわば自動的に多くして、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡するときの内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また第２固体燃料６４を燃焼して、ガス発生装置５８でのガスの発生量が少ないときには、並進制御装置５９からのガスの吐出流量をいわば自動的に少なくして、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡するときの内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。しかも各ノズル装置１は、ガスの発生量に対応して変化するガスの圧力に追従して、いわば自動的に開度を変化するので、１つの固体燃料から他の固体燃料への燃焼移行に伴うガス発生量の変化に確実に追従することができ、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料６３〜６５の消火を防止することができる。
【００７０】
このようなノズル装置１を備えるとともに、各固体燃料６３〜６５を選択的に燃焼させるようにすることによって、飛しょう体５１は、その飛しょう状況に応じてその飛しょう制御に必要な発生量でガスを発生させるようにし、爆発および固体燃料６３〜６５の消火が生じないようにして固体燃料６３〜６５の無駄な燃焼を少なくしたうえで、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。たとえば飛しょう体５１は、ロケット本体から打ち出された後、第１〜第３段階の軌道修正工程を経て、衛星軌道に乗る。ロケット本体からから打ち出された直後の第１段階では、打ち出し時の影響をより早く修正するために並進制御および姿勢制御をし、続く第２段階では、姿勢制御だけをしながら、微妙な軌道のずれを観測、把握し、さらに最終の第３段階では、並進制御および姿勢制御をして、最終的に所定の衛星軌道に正確に乗るように軌道修正される。
【００７１】
飛しょう体５１では、このような軌道修正をするために、第１および第３段階では、並進制御および姿勢制御をするためにガスの発生量を多くする必要があり、第１および第３固体燃料６３，６５をそれぞれ燃焼して、ガスの発生量を多くし、各ノズル装置１からの吐出流量を多くして、並進制御および姿勢制御の制御能力を得ている。また第２段階では、基本的に姿勢制御だけをするので、ガスの発生量は少なくてよく、第２固体燃料６４を燃焼して、ガスの発生量を少なくし、基本的に姿勢制御能力だけを得ている。この第２段階では、通常は、各ノズル装置１のプラグ４は、中立位置に配置されて、並進制御はしないけれども、プラグ４を変位させることによって、並進制御は可能である。
【００７２】
このように飛しょう体５１では、並進制御および姿勢制御の必要性に応じてガスの発生量を変えるようにして、できるだけ長時間ガスを発生させることができるようにして、並進制御および姿勢制御できる時間を長くして、衛星軌道により正確に乗ることができるようにしている。しかも上述のように並進制御装置５９の各ノズル装置１の開度を、ガスの発生量に追従していわば自動的に変更するようにしているので、上述のように爆発および固体燃料の消火が確実に防がれる。さらにばね手段１９を利用してスカート３が圧力に応じて変位するように構成しているので、センサなどを用いる場合に比べて構成が簡単である。また内部空間５には、たとえば３０００ケルビン程度の高圧のガスが導かれるが、上述のように各部材が耐熱性の高い材料から成るので、耐久性に優れている。特に、ばね部材１９が耐熱性の高い材料から成るので、動作の信頼性の高いノズル装置１を実現することができる。また別途にバルブなどを設ける必要もなく、ノズル装置だけで、上述のような制御を可能にしているので、質量増加を防ぐ効果もある。
【００７３】
さらにスカート３をばね部材１９で変位させる構成とすることによって、ばね部材１９をできるだけノズル孔６から遠い位置に配置することが可能になり、高温である吐出すべきガスから熱を受けることによるばね部材１９の温度上昇を低くし、ばね部材１９の耐久性を高くして、ノズル装置１の信頼性を高くすることができる。またばね部材１９は、スカート３を突出位置５１に向けて押圧する構成であり、万一ばね部材１９が破損した場合、スカート３は、ノズル孔６を開く没入位置５０に配置されることになるので、故障したとしてもいわば安全側に故障する構成であり、内部空間５のガスの圧力が高く成りすぎて爆発することだけは確実に防ぐことができる。
【００７４】
上述のノズル装置１では、第１および第３固体燃料６３，６５が燃焼しているとき、スカート４が没入位置５０にあり、第２固体燃料６２が燃焼しているとき、スカート４が突出位置５１にあるように、各固体燃料６３〜６５のガスの発生量とばね部材１９のばね力との関係が設定されたけれども、他の実施の形態として、各固体燃料のガスの発生量またはばね部材１９のばね定数を適宜選択して、ノズル装置１のスカート４が没入位置５０と突出位置５１との間の位置において、ガスによる押圧力とばね力とが平衡する構成としてもよい。
【００７５】
図８は、本発明の実施の他の形態のノズル装置１Ａを示す断面図である。ノズル装置１Ａは、図１〜図７に示す上述の実施の形態のノズル装置１と類似しており、同様の構成を有する部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。また対応する構成には同一数字に添えるＡを添えた符号を付し、材料などについて同一である場合には説明を省略する。ノズル装置１Ａでは、スカート３Ａは、ハウジング２の取付孔８に直接、気密に嵌まり込んで固定される。スカート３Ａは、前述のスカート３の本体部１２と類似の形状を有しており、外周部が円筒状に形成される点であって、他の構成は本体部１２と同様である。
【００７６】
またノズル装置１Ａでは、可動支持体２１に変えて固定支持体２１Ａが設けられる。固定支持体２１Ａは、ハウジング２の取付孔２０に気密に嵌まり込んで固定されている。この固定支持体２１Ａは、挿通孔２４が形成された円筒状である。
【００７７】
またノズル装置１Ａでは、プラグ４Ａは、プラグシャフト部８０と、プラグシャフト部８０に対して変位可能に設けられる可動部８１とを含む。プラグシャフト部８０は、円柱状である内部空間５側の大径部分８２と、大径部分８２よりも小径の円柱状である外部空間７側の小径部分８３とが段差を有して連なって形成される。プラグシャフト部８０は、Ｌ１に沿って設けられ、大径部分８２で棒状作動体３２の端部に固定されている。大径部分８２の外径は、棒状作動体３２の端部の外径よりも小さく、したがってプラグシャフト部８０は棒状作動体３２に段差を有して連なっている。
【００７８】
可動部８１は、スリーブ状であって、プラグシャフト部８０に外嵌されて設けられる。この可動部８１は、外周面が円筒面である内部空間５寄りの小径部分２８Ａと、外周面が円筒面である外部空間７寄りの大径部分２９Ａと、外周面が円錐台面である各部分２８Ａ，２９Ａ間のテーパ部分３０Ａとを有し、これら各部分２８Ａ〜３０Ａの中心をプラグ４Ａの軸線Ｌ１が通っている。大径部分２９Ａの外周面は、小径部分２８Ａの外周面よりも大径である。テーパ部分３０Ａの外周面は、外部空間７に向かうにつれて拡径する。小径部分２８Ａの外周面と大径部分２９Ａの外周面とは、テーパ部分３０Ａの外周面によって連なっている。大径部分２９Ａの外径は、スロート部１７の内径と同一またはスロート部１７の内径よりもほんのわずかに小さい径を有する。可動部８１の内周面は、大径部分２９Ａのテーパ部分３０Ａ寄りの位置において段差を有し、この段差面よりも内部空間５側である内側領域では、小径の円筒面に形成され、段差面よりも外部空間７側であり、かつ外部空間７寄りの端部を除く中間領域では、内側領域よりも大径の円筒面に形成され、外部空間７寄りの端部の外側領域では、中間領域に連なって外部空間７に向かうにつれて拡開する円錐台面に形成される。このような可動部８１は、内周面の内側領域で、プラグシャフト部８０の大径部分に支持されて、軸線方向に変位可能である。
【００７９】
またプラグシャフト部８０には、小径部分８３の外部空間７側の端部に抜止片８９が固定されている。この抜止片８９の外周部は、少なくとも内部空間５側の部分が内部空間５に向かうにつれて縮径する円錐台状に形成されており、この外周部によって可動部８１の内周面の外側領域を係止することができる。またプラグシャフト部８０の大径部分８２は、棒状作動体３２よりも小径に形成され、段差を有して設けられおり、この段差面となる棒状作動体３２の端面によって、可動部８１の内部空間５側の端面を係止することができる。したがって可動部８１は、図８に示すような内周面の外側領域が抜止片８９の外周部によって係止されて、外部空間７に向かう突出方向Ｃ１の変位が阻止される突出位置９０と、図９に示すような内部空間５側の端面が棒状作動体３２の端面によって係止されて、内部空間５に向かう没入方向Ｃ２の変位が阻止される没入位置９１との間で、軸線Ｌ１に沿って各方向Ｃ１，Ｃ２にプラグシャフト部８０に対して変位可能に設けられる。
【００８０】
このように可動部８１が設けられた状態で、プラグシャフト部８０の小径部分８３と、可動部８１の段差面よりも外部空間７側の部分との間に円筒状の収納空間が形成され、この収納空間には、たとえば圧縮コイルばねによって実現されるばね部材１９Ａが収納される。可動部８１の段差面よりも内部空間５側の軸線方向寸法、したがって内周面の内側領域が形成される部分の寸法が、プラグシャフト部８０の大径部分８２の軸線方向寸法と同一に形成されており、ばね部材１９Ａは、可動部８１の段差面に弾発的に当接して支持され、他端部が抜止片８９に弾発的に当接して支持される。このばね部材１９Ａは、可動部８１に、プラグシャフト８０に対して内部空間５側に向かう投入方向Ｃ２のばね力を与える。したがって可動部８１は、このばね力以外の外力が作用していない状態では、図９に示す没入位置９１にある。
【００８１】
可動部８１は、前述のようなテーパ部３０Ａを有しており、少なくともこのテーパ部３０Ａで内部空間５のガスの圧力を受け、したがって内部空間５のガスの圧力によって、可動部８１を外部空間７に突出させる突出方向Ｃ１に力を受ける。内部空間５内のガスの圧力が正圧である場合に、この内部空間５内のガスの力が高くなると、内部空間５内のガスから可動部８１が受ける押圧力が大きくなり、内部空間５内のガスの圧力が小さくなると、内部空間５内のガスから可動部８１が受ける押圧力が小さくなる。このように内部空間５内のガスの圧力によって変化する押圧力が所定の範囲にあるときに、可動部８１が没入位置９１と突出位置９０との間で変位するように、ばね部材１９Ａのばね力が設定されている。したがって可動体８１は、内部空間５のガスの圧力に応じて変位する。
【００８２】
ノズル装置１Ａでは、スカート３とプラグ４Ａの可動部８１とが相対的に軸線方向に変位すると、ノズル孔６の開度が変化する。具体的に述べると、図８に示すように、可動部８１が突出位置９０にあり、かつプラグ４Ａ（プラグシャフト部８０の位置）が中立位置５２にある状態では、スロート部１７が、内部空間５側の小径部分２８Ａに臨んでいる。この状態では、スカート３Ａとプラグ４（具体的にには可動部８１）とは間隔をあけた状態にあり、ノズル孔６はある開度で開いている。
【００８３】
この図８に実線で示す状態から、プラグシャフト部８０に対して可動部８１が変位することなく、プラグ４Ａが没入方向Ｂ１に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０Ａに近づき、やがてスロート部１７がテーパ部分３０Ａに臨むようになる。さらにプラグ４Ａが変位されて、図８に仮想線で示す没入位置５３に達すると、スロート部１７が大径部分２９Ａの内部空間５寄りの端領域に臨むようになる。また逆に、図８に実線で示す状態から、プラグシャフト部８０に対して可動部８１が変位することなく、プラグ４Ａが突出方向Ｂ２に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０Ａから遠ざかり、やがて突出位置５４に達する。このように可動部８１が突出位置９０にある状態では、プラグ４Ａの位置に応じて、没入位置５３に近づくにつれて開度が小さくなり、突出位置５４に近づくにつれて開度が大きくなるように、開度が変化する。可動部８１が突出位置９０にあり、プラグ４Ａが没入位置５３にある状態では、スロート部１７が大径部分２９Ａのテーパ部分３０Ａ寄りの端領域に臨んでいる。このようにスロート部１７が大径部分２９Ａに臨む状態では、スロート部１７の内径と大径部分２９Ａの外径との寸法関係から、ノズル孔６は閉鎖されている。
【００８４】
また図８に実線で示す状態から、ハウジング２に対してプラグ４Ａが変位することなく、プラグシャフト部８０に対して可動部８１が没入方向Ｃ２に変位されると、スロート部１７の臨む位置がテーパ部分３０Ａに近づき、やがてスロート部１７がテーパ部分３０Ａに臨むようになる。さらに可動部８１が変位されて、図９に示す没入位置９１に達すると、スロート部１７が大径部分２９Ａの内部空間５寄りの端領域に臨むようになる。このようにプラグ４Ａが中立位置５２にある状態では、可動部８１の位置に応じて、没入位置９１に近づくにつれて開度が小さくなり、突出位置９０に近づくにつれて開度が大きくなるように、開度が変化する。プラグ４Ａが中立位置５２にあり、可動部８１が没入位置９１にある状態では、スロート部１７が大径部分２９Ａのテーパ部分３０Ａ寄りの端領域に臨んでいる。このときには、前述のようにようにノズル孔６は閉鎖されている。
【００８５】
さらに開度変化の具体例を述べると、図９に示す状態から、ハウジング２に対して、プラグシャフト部８０に対して可動部８１が変位することなくプラグ４Ａが突出方向Ｂ２に変位されると、スロート部１７がテーパ部分３０Ａに臨むようになり、さらに変位されることによって小径部分２８Ａに臨むようになる。プラグ４Ａは、突出位置５４まで変位することができる。可動部８１が没入位置９１にある状態で、プラグ４Ａの位置に応じて、中立位置５２に近づくにつれて開度が小さくなり、突出位置５４に近づくにつれて開度が大きくなるように、開度が変化する。また図９に示す状態から、プラグシャフト部８０に対して可動部８１が変位することなくプラグ４Ａが没入方向Ｂ１に変位される場合、スロート部１７の臨む位置は変化するけれども、大径部分２９Ａに臨んだ状態が継続されるので、ノズル孔６の閉鎖状態が継続される。
【００８６】
ノズル装置１Ａでは、前述したように、プラグシャフト部８１のハウジング２に対する位置に拘らず、スカート３Ａと可動部８１との相対的な位置関係によってノズル孔６の開度が決定される。スロート部１７が大径部分２９Ａに臨んでいる状態では、ノズル孔６は閉鎖する。スロート部１７がテーパ部分３０Ａおよび小径部分２８Ａに臨んでいる状態では、ノズル孔６は開放しており、スロート部１７の臨む位置が大径部分２９Ａに近づくにつれてノズル孔６の開度は小さくなり、スロート部１７の臨む位置が大径部分２９Ａから遠ざかるにつれてノズル孔６の開度は大きくなる。
【００８７】
たとえば図９に示すようなスロート部１７が大径部分２９Ａのテーパ部分３０Ａ寄りの端領域に臨むようなスカート３Ａと可動部８１との位置関係を第１の位置関係とし、可動部８１が突出位置９０にありかつプラグ４Ａが突出位置５４にあるときのスカート３Ａと可動部８１との位置関係を第２の位置関係とすると、第２の位置関係にあるときノズル孔６の開度が最も大きく、第１の位置関係にあるときノズル孔６は閉鎖しており、この第１の位置関係から第２の位置関係に近づくようにわずかにでもスカート３Ａおよび可動部８１の位置関係が変化するとノズル孔６は開放される。このような第１の位置関係と第２の位置関係との間において、スカート３Ａおよび可動部８１が相対的に変位するとき、ノズル孔６の開度の変化量は、スカート３Ａと可動部８１との相対的な変位量に比例する。
【００８８】
プラグシャフト部８０に対して可動部８１が停止した状態で、プラグ４Ａがハウジング２に対して変位すると、スカート３Ａおよび可動部８１が相対的に変位し、ノズル孔６の開度が変化する。また可動部８１がプラグシャフト部８０に対して変位する場合、プラグシャフト部８０および可動部８１の変位方向が逆でありかつ変位量が同一であれば、ノズル孔６の開度は変化しないが、プラグシャフト部８０および可動部８１の変位方向が同一である場合および変位方向が逆であっても変位量に差があれば、スカート３および可動部８１が相対的に変位することになり、ノズル孔６の開度が変化する。
【００８９】
このような構成のノズル装置１Ａを、上述のノズル装置１に代えて用いるようにしてもよく、ほぼ同様の効果を達成することができる。このようなノズル装置１Ａをノズル装置１に代えて設けた推進装置５０を用いた場合にも、飛しょう体５１において、固体燃料６３〜６５を燃焼してガス発生装置５８で発生されたガスは、各ノズル装置１Ａ，７１の各内部空間５に導かれ、ノズル孔６を介して、外部空間７に吐出することができる。ガス発生装置５８でのガスの発生量が一定であって、各内部空間５のガスの圧力が変化しない状態では、各ノズル装置１Ａ，７１の各ノズルプラグ４，４Ａを、駆動手段４１によって変位駆動することによって、各ノズル装置１Ａの可動部８１をスカート３Ａに対して変位させ、各ノズル装置７１のプラグ４をスカート３に対して変位させることができる。これによって各ノズル装置１Ａ，７１において、ノズル孔６の開度を変化させることができ、各ノズル装置１Ａ，７１からのガスの吐出量を変化させることができる。したがってこのような構成の飛しょう体５１であっても、図１〜図７の実施の形態と同様に、各ノズルプラグ４，４Ａを変位駆動することによって、飛しょう体５１の並進制御および姿勢制御をすることができる。
【００９０】
さらに各ノズル装置１Ａは、ノズルプラグ４Ａの可動部８１が、ハウジング２の内部空間５のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔６を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔６を閉鎖する方向に変位する。これによって駆動手段４１によるプラグ４Ａ（プラグシャフト部８０）の変位によるガスの吐出流量の制御とは別に、可動部８１の変位によってハウジング２の内部空間５の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【００９１】
このようにノズル装置１Ａは、内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力に応じてガスの吐出流量を制御することができるので、ガス発生装置５８でのガスの発生量が多くなり、これに伴って内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８内のガスの圧力、すなわち燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置５８でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジング２の内部空間５のガスの圧力が低くなると、ノズル孔６の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【００９２】
内部空間５のガスの圧力は、燃焼室６２でのガスの発生量と、各ノズル装置１Ａ，７１からのガスの吐出流量の合計とが平衡する圧力となる。本実施の形態では、第１および第３固体燃料６３，６５のいずれか一方が燃焼しているときには、内部空間５のガスの圧力は、各ノズル装置１Ａの可動部８１が突出位置９０に配置される圧力となって、各ノズル装置１Ａの開度の合計が最大となった状態で、各ノズル装置１Ａ，７１からガスが吐出されて、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡する。このときの内部空間５の圧力は、推進装置５０の爆発が防止され、かつ燃焼している第１または第３固体燃料６３，６５の燃焼が維持される圧力であり、たとえば約８１０６．０ｋＰａ（８０ａｔｍ）である。
【００９３】
また第２固体燃料６４だけが燃焼しているときには、内部空間５のガスの圧力は、各ノズル装置１Ａの可動部８１が没入位置９１に配置される圧力となり、各ノズル装置１Ａのプラグ４Ａ（プラグシャフト部８０）が中立位置５２にあると各ノズル装置１Ａは閉じた状態で、各ノズル装置７１からガスが吐出されて、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出量とが平衡する。またこの状態から各ノズル装置１Ａのプラグ４Ａが変位されたときには、少なくとも１つのノズル装置１Ａが開いてガスが吐出されるが、このときガスの圧力もまた、各ノズル装置１Ａのスカート３が突出位置５１に配置される圧力である。これら第２固体燃料６４だけが燃焼しているときの内部空間５の圧力は、推進装置５０の爆発が防止され、かつ第２固体燃料６４の燃焼が維持される圧力であり、両者ともたとえば約２０２６．５ｋＰａ（２０ａｔｍ）である。
【００９４】
したがって第１または第３固体燃料６３，６５を燃焼して、ガス発生装置５８でのガスの発生量が多いときには、並進制御装置５９からのガスの吐出流量をいわば自動的に多くして、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡するときの内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また第２固体燃料６４を燃焼して、ガス発生装置５８でのガスの発生量が少ないときには、並進制御装置５９からのガスの吐出流量をいわば自動的に少なくして、推進装置５０としてガスの発生量とガスの吐出流量とが平衡するときの内部空間５および燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。しかも各ノズル装置１Ａは、ガスの発生量に対応して変化するガスの圧力に追従して、いわば自動的に開度を変化するので、１つの固体燃料から他の固体燃料への燃焼移行に伴うガス発生量の変化に確実に追従することができ、ノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジング２の内部空間５およびガス発生装置５８の燃焼室６２のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料６３〜６５の消火を防止することができる。
【００９５】
このようなノズル装置１Ａを備えるとともに、各固体燃料６３〜６５を選択的に燃焼させるようにする飛しょう体５１もまた、図１〜図７で説明した飛しょう体５１と同様の軌道修正をすることができる。つまりこのようなノズル装置１Ａを備える飛しょう体５１もまた、並進制御および姿勢制御の必要性に応じてガスの発生量を変えるようにして、できるだけ長時間ガスを発生させることができるようにして、並進制御および姿勢制御できる時間を長くして、衛星軌道により正確に乗ることができる。
【００９６】
もちろん上述のように並進制御装置５９の各ノズル装置１Ａの開度を、ガスの発生量に追従していわば自動的に変更するようにしているので、上述のように爆発および固体燃料の消火が確実に防がれる。さらにばね部材１９Ａを利用して可動部８１が圧力に応じて変位するように構成しているので、センサなどを用いる場合に比べて構成が簡単である。また各ノズル装置１Ａが耐熱性の高い材料から成るので、耐久性に優れており、特にばね部材１９Ａが耐熱性の高い材料から成るので、動作の信頼性の高いノズル装置１Ａを実現することができる。また別途にバルブなどを設ける必要もなく、ノズル装置だけで、上述のような制御を可能にしているので、質量増加を防ぐ効果もある。
【００９７】
またばね部材１９Ａは、可動部８１を没入位置９１に向けて押圧する構成であり、万一ばね部材１９Ａが破損した場合、スカート３は、ノズル孔６を開く突出位置９０に配置されることになるので、故障したとしてもいわば安全側に故障する構成であり、内部空間５のガスの圧力が高く成りすぎて爆発することだけは確実に防ぐことができる。またこのノズル装置１Ａでは、抜止め片８９のプラグシャフト部８０への取付位置を変更することによって、固体燃料６３〜６５およびばね部材１９Ａを変更することなく、燃焼される固体燃料と、各ノズル装置１Ａからの吐出流量と、内部空間５の圧力との関係を変更することが可能であり、設計変更が容易であって、利便性に優れている。
【００９８】
また上述のノズル装置１Ａでは、第１および第３固体燃料６３，６５が燃焼しているとき、可動部８１が突出位置９０にあり、第２固体燃料６２が燃焼しているとき、可動部８１が没入位置９１にあるように、各固体燃料６３〜６５のガスの発生量とばね部材１９Ａのばね力との関係が設定されたけれども、他の実施の形態として、各固体燃料のガスの発生量またはばね部材１９Ａのばね定数を適宜選択して、ノズル装置１のスカート４が没入位置５０と突出位置５１との間の位置において、ガスによる押圧力とばね力とが平衡する構成としてもよい。
【００９９】
上述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、構成を変更することができる。たとえばノズル装置１，１Ａは、姿勢制御装置の姿勢制御用のノズル装置として用いられてもよく、また衛星以外のロケットおよびミサイルなどの飛しょう体の推進装置に設けるようにしてもよい。また固体燃料は、２段であってもよいし、４段以上であってもよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ガス発生装置で固体燃料を燃焼して発生されたガスは、ノズルハウジングの内部空間に導かれ、ノズルスカートのノズル孔を介して、外部空間に吐出することができる。ノズルプラグは、駆動手段によってノズルハウジングに対して変位駆動され、ノズルプラグが、ノズルスカートに対して変位される。これによってノズル孔の開度を変化させ、ノズルからのガスの吐出流量を変化させることができる。しかも各ノズル装置は、対称に配置され、各ノズル装置のノズルプラグが駆動手段の棒状作動体によって連動して駆動されるので、各ノズル装置の開度の合計を変化させることなく、各ノズル装置の開度を変化させることができる。
【０１０１】
さらにノズルスカートは、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する。これによってノズルプラグが変位駆動されて変位することによるガスの吐出流量の制御とは別に、ノズルスカートが変位することによってノズルハウジングの内部空間の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【０１０２】
このように内部空間内のガスの圧力に応じてガスの吐出量を制御することができるので、ガス発生装置でのガスの発生量が多くなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が低くなると、ノズル孔の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【０１０３】
したがって、たとえば単位時間当たりのガス発生量が異なる多段に分割される固体燃料を用いる場合に１つの段から他の段に燃焼が移行されるときなど、ガス発生装置でのガス発生量が変化するとき、このガス発生量の変化に追従してノズル孔の開度を変化することができる。このようにノズル孔の開度を変化させることによって、ガスの吐出流量を制御して、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料の消火を、防止することができる。
【０１０４】
このようにガス吐出装置は、駆動手段によるノズルプラグの変位駆動と、ノズルハウジング内の圧力変動に伴うノズルスカートの変位との、２系統の吐出流量調整ができる。したがってガス吐出装置は、ガスの発生量が変化するガス発生装置からのガスを吐出することによって、飛しょう体の位置および姿勢を制御するための装置として好適に用いることができる。つまりガス吐出装置は、たとえば飛しょう体に、ノズル装置を対称に配置して設けることによって、ノズルスカートの変位によってガス発生装置でのガスの発生量の変化に追従し、かつノズルプラグの変位駆動によって吐出流量を制御して、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。これによって、たとえば上述の多段に分割される固体燃料を用いて、飛しょう体の飛しょう状況に応じてその飛しょう制御に必要な発生量でガスを発生させるようにし、爆発および固体燃料の消火が生じないようにして固体燃料の無駄な燃焼を少なくしたうえで、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。
【０１０５】
本発明によれば、ガス発生装置で固体燃料を燃焼して発生されたガスは、ノズルハウジングの内部空間に導かれ、ノズルスカートのノズル孔を介して、外部空間に吐出することができる。ノズルプラグは、駆動手段によってノズルハウジングに対して変位駆動され、ノズルプラグがノズルスカートに対して変位される。これによってノズル孔の開度を変化させ、ノズルからのガスの吐出量を変化させることができる。しかも各ノズル装置は、対称に配置され、各ノズル装置のノズルプラグが駆動手段の棒状作動体によって連動して駆動されるので、各ノズル装置の開度の合計を変化させることなく、各ノズル装置の開度を変化させることができる。
【０１０６】
さらにノズルプラグは、ノズルハウジングの内部空間のガスの圧力に応じて、ガスの圧力が高くなるとノズル孔を開放する方向に変位し、ガスの圧力が低くなるとノズル孔を閉鎖する方向に変位する可動部を有する。これによってノズルプラグが変位駆動されて変位することによるガスの吐出流量の制御とは別に、可動部が変位することよってノズルハウジングの内部空間の圧力に応じて、いわば自動的にガスの吐出流量を制御することができる。
【０１０７】
このようにガス圧に応じてガスの吐出量を制御することができるので、ガス発生装置でのガスの発生量が多くなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が高くなると、大きな吐出流量でガスを吐出し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることを防止することができる。また逆にガス発生装置でのガスの発生量が少なくなり、これに伴ってノズルハウジングの内部空間のガスの圧力が低くなると、ノズル孔の開度が小さくなって、ガスの吐出流量を小さく、またはガスの吐出を停止し、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることを防止することができる。
【０１０８】
したがって、たとえば単位時間当たりのガス発生量が異なる多段に分割される固体燃料を用いる場合に１つの段から他の段に燃焼が移行されるときなど、ガス発生装置でのガス発生量が変化するとき、このガス発生量の変化に追従してノズル孔の開度を変化することができる。このようにノズル孔の開度を変化させることによって、ガスの吐出流量を制御して、ノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が高くなりすぎることによる爆発、およびノズルハウジングの内部空間およびガス発生装置内のガスの圧力が低くなりすぎることによる固体燃料の消火を、防止することができる。
【０１０９】
このようにガス吐出装置は、駆動手段によるノズルプラグの変位駆動と、ノズルハウジング内の圧力変動に伴うノズルプラグの可動部の変位との、２系統の吐出流量調整ができる。したがってガス吐出装置は、ガスの発生量が変化するガス発生装置からのガスを吐出することによって、飛しょう体の位置および姿勢を制御するための装置として好適に用いることができる。つまりガス吐出装置は、たとえば飛しょう体に、ノズル装置を対称に配置して設けることによって、ノズルプラグの可動部の変位によってガス発生装置でのガスの発生量の変化に追従し、かつノズルプラグの変位駆動によって吐出流量を制御して、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。これによって、たとえば上述の多段に分割される固体燃料を用いて、飛しょう体の飛しょう状況に応じてその飛しょう制御に必要な発生量でガスを発生させるようにし、爆発および固体燃料の消火が生じないようにして固体燃料の無駄な燃焼を少なくしたうえで、飛しょう体の飛しょうを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のノズル装置１を示す断面図である。
【図２】図１の状態からスカート３が変位した状態でノズル装置１を示す断面図である。
【図３】ノズル装置１を備えるガス吐出装置４０を示す断面図である。
【図４】図３の状態からスカート３が変位した状態でガス吐出装置４０を示す断面図である。
【図５】ガス吐出装置４０を備える推進装置５０を一部を切欠いて示す断面図である。
【図６】図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見て示す断面図である。
【図７】推進装置５０を備える飛しょう体５１を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の他の形態のノズル装置１Ａを示す断面図である。
【図９】図８の状態から可動部８１が変位した状態でノズル装置１Ａの一部を示す断面図である。
【図１０】従来技術のノズル装置１００を示す断面図である。
【図１１】他の従来技術の推力制御ノズル１１０を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  ノズル装置
２  ノズルハウジング
３，３Ａ  ノズルスカート
４，４Ａ  ノズルプラグ
５  内部空間
６  ノズル孔
７  外部空間
１７  ノズルスロート部
２１  可動支持体
３２  棒状作動体
４０  ガス吐出装置
４１  駆動手段
５０，５２  推進装置
５１  飛しょう体
５８  ガス発生装置
５９  並進制御装置
６０  姿勢制御装置
６２  燃焼室
６３〜６５  固体燃料
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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