(57)【要約】【課題】幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、楕円球体状の飛行船エンベロープを製造する際に、円周差による皺が生じないようにした飛行船エンベロープ製造方法並びにブレイド用単位テープ体を提供すること。【解決手段】幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、飛行船のエンベロープを製造するエンベロープ製造方法において、飛行船の長さ寸法Ｌｍ、最大径寸法Ｄｍ、径方向分割数Ｄｎ、軸方向分割数Ｌｎ並びにブレイディング組角度Ａを設定し、形成すべきテープ体の長さ寸法、幅寸法並びにテープ体巻き付けの進行角度に相応するテープ体幅角度を算出するとともに、テープ体巻き付け時の皺の量を算出して、この算出値に基づいて平面視形状を規定した単位テープ体を形成し、該単位テープ体によって飛行船のエンベロープをブレイディングするようにしたことを特徴とする飛行船のエンベロープ製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、飛行船のエンベロープを製造するエンベロープ製造方法において、飛行船の長さ寸法、最大径寸法、径方向分割数、軸方向分割数並びにブレイディング組角度を設定し、形成すべきテープ体の長さ寸法、幅寸法並びにテープ体巻き付けの進行角度に相応するテープ体幅角度を算出するとともに、テープ体巻き付け時の皺の量を算出して、この算出値に基づいて平面視形状を規定した単位テープ体を形成し、該単位テープ体によって飛行船のエンベロープをブレイディングするようにしたことを特徴とする飛行船のエンベロープ製造方法。
【請求項２】
前記単位テープ体が、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、該単位テープ体の幅角度（幅方向中心線の角度）が、テープ体巻き付けの進行角度に符合するものからなることを特徴とする請求項１に記載の飛行船のエンベロープ製造方法。
【請求項３】
前記単位テープ体により飛行船のエンベロープをブレイディングする際、前記単位テープ体の組角度を２：１（６３．４°）から１：１（４５°）に連続的に径方向応力と軸方向応力の合力の方向に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の飛行船のエンベロープ製造方法。
【請求項４】
給糸ボビンから引き出された糸をテープ形状に沿わせて平面状に配列させて、単位テープ体となるシートを形成し、カッター手段によって前記テープを所定形状に沿って切断してなることを特徴とするブレイド用単位テープ体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、成層圏プラットフォームの研究開発に関連して、成層圏に滞空させる飛行船のためのエンベロープを製造するエンベロープ製造方法に関するものであり、特に、幅のあるテープ体を球体状（楕円球体状）にブレイディングしていく際に、しわが生じないように構成した飛行船のエンベロープ製造方法並びにそのためのブレイド用単位テープ体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信分野、気象観測分野において、通信衛星並びに気象衛星に代わるシステムとして、成層圏プラットフォームの研究開発が急激に進行し、クローズアップされている。この成層圏プラットフォーム技術は、気象条件が比較的安定している高度約２０ｋｍ程度の成層圏に通信機械、観測センサなどを搭載した無人の飛行船を滞空させ、通信・放送、地球観測あるいは天体観測などに利用するものである。この成層圏プラットフォームの技術において重要な点は、軽くて強い材料によるエンベロープを形成することにある。
【０００３】
従来、この成層圏プラットフォームのために製造されている飛行船は、そのエンベロープが多分割ゴアによって構成せれるものであって、該多分割ゴアを溶着線に沿って溶着した構造のものからなっている。この多分割ゴアの溶着による飛行船エンベロープは、分割形成したゴアを継ぎ合わせて溶着形成するものであるため、飛行船エンベロープとしての強度性の面において大きな問題点を有するものであった。
【０００４】
上記する問題点を解消するべく同一出願人は、幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、飛行船のエンベロープを一体物として構成するブレイダによるエンベロープの製造方法を開発してきている。このエンベロープ製造方法によれば、幅のあるテープ体を球体状ないしは楕円球体状にブレイディングしていくと、特に、テープ体の幅方向の両サイドに円周差によるしわが生じるという問題点を有していた（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７８９９４号公報（図１、図３、図４、図５）
【特許文献２】
特開２００２−２４０１５９号公報（図１〜図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、球体状ないしは楕円球体状でなる飛行船のエンベロープを製造する際に、円周差によるしわが生じないように構成した飛行船のエンベロープ製造方法並びにそのためのブレイド用単位テープ体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するものであり、具体的には、幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、飛行船のエンベロープを製造するエンベロープ製造方法において、飛行船の長さ寸法、最大径寸法、径方向分割数、軸方向分割数並びにブレイディング組角度を設定し、形成すべきテープ体の長さ寸法、幅寸法並びにテープ体巻き付けの進行角度に相応するテープ体幅角度を算出するとともに、テープ体巻き付け時の皺の量を算出して、この算出値に基づいて平面視形状を規定した単位テープ体を形成し、該単位テープ体によって飛行船のエンベロープをブレイディングするようにした飛行船のエンベロープ製造方法を構成するものである。
【０００８】
さらに、この発明は、前記単位テープ体が、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、該単位テープ体の幅角度（幅方向中心線の角度）が、テープ体巻き付けの進行角度に符合するものからなる飛行船のエンベロープ製造方法を構成するものである。
【０００９】
さらに、この発明は、前記単位テープ体により飛行船のエンベロープをブレイディングする際、前記単位テープ体の組角度を２：１（６３．４°）から１：１（４５°）に連続的に径方向応力と軸方向応力の合力の方向に変化させるようにした飛行船のエンベロープ製造方法を構成するものである。
【００１０】
さらにまた、この発明は、給糸ボビンから引き出された糸をテープ形状に沿わせて平面状に配列させて、単位テープ体となるシートを形成し、カッター手段によって前記テープを所定形状に沿って切断してなるブレイド用単位テープ体を構成するものでもある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明になる飛行船のエンベロープ製造方法並びに飛行船エンベロープのためのブレイド用単位テープ体について、添付図面に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
まず、この発明の基本的な要素は、幅のあるテープ体を球状体あるいは楕円球状体にブレイディングしていく際、当該幅のあるテープ体の幅方向の両サイドに生じる円周差を修正して、円周差に基づく皺の発生を防止するようにした飛行船のエンベロープ製造のためのブレイド用単位テープ体の構成であり、これを用いた飛行船のエンベロープ製造方法の構成にある。
【００１３】
以下、この発明になる飛行船のエンベロープ製造方法に関して、円周差に基づく皺の発生を防止するべく修正したブレイド用単位テープ体の形状算出例について、図１〜図８に基づいて順次説明する。
【００１４】
まず、製造する飛行船の形状的要素を図１に基づいて説明する。図１に示す具体的な実施例において、製造する飛行船の長さ寸法Ｌｍ (m)、飛行船の最大径寸法Ｄｍ (m)、長さ方向の分割数Ｌｎ、径方向の分割数Ｄｎ、ブレイディングの組角度Ａと設定すると、長さ方向各部位における楕円半径Ｒ(m) は、
Ｒ＝±√〔｛１−（４Ｘ2 ／Ｌｍ2 ）｝・（Ｄｍ／２）2 〕……式(1) となる。但し、Ｘ：長さ方向中心からの距離。
この発明において、前記ブレイディングの組角度Ａは、次の式によって求められる組角度として変化する。即ち、表面上の軸方向応力Ｓ1 と、該表面上の径方向応力Ｓ2 とによって計算される。前記表面上の軸方向応力Ｓ1 は、
Ｓ1 ＝（Ｐ・Ｒｄ）／２ｔ    ……式(2) であらわされ、
表面上の径方向応力Ｓ2 は、
Ｓ2 ＝２Ｓ1 ／〔１＋｛Ｒｄ／（Ｘｍ−Ｘ）｝（Ｄｍ／Ｌｍ）2 〕……式(3) であらわされる。この表面上の軸方向応力Ｓ1 と該表面上の径方向応力Ｓ2 とから組角度Ａは、
Ａ＝ tan-1（Ｓ2 ／Ｓ1 ）  ……式(4) としてあらわされる。
【００１５】
この図１に示す楕円球状体の上にテープ体をブレイディングにより巻き付けていく場合の進行角度Ｒａは、図２に示すように、その巻付け寸法Ｌｍ(m) は、
Ｌｍ＝ tanＡ√｛（Ｘ1 −Ｘ）2 ＋（Ｒ1 −Ｒ）2 ｝  ……式(5) であり、
その巻付け角度Ａｄ(Ra)は、
Ａｄ＝Ｌｍ／Ｒ1   （進行角度）  ……式(6) となる。
【００１６】
次いで、上記設定のもとにおいて、これに適合するテープの形状を算出する（図３参照）。形成すべきテープの長さＬｔ(m) は、
Ｌｔ＝１／（ cosＡ）・√｛（Ｘ1 −Ｘ）2 ＋（Ｒ1 −Ｒ）2 ｝……式(7)
形成すべきテープの幅Ｂ(m) は、
Ｂ＝ cosＡ｛（２πＲ）／Ｄｎ｝    ……式(8) となり、
テープ幅角度Ｔａは、
Ｔａ＝Ｂ／（ cosＡ・Ｒ）    ……式(9) となる。
【００１７】
幅のあるテープ体の皺の計算方法として、図４に示すように、テープ体を楕円球状体の表面上に置いた時の点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤのそれぞれのｘ、ｙ、ｒの位置を計算し、線分ＰＡ−ＰＢ：ＰＣ−ＰＤのそれぞれの平均軸方向位置を求め、その時の楕円半径をＲ2 、Ｒ1 とし、Ｒ1 とＲ2 との差を求め皺の％とする。すると、皺の発現率Ｕ（％）は、
Ｕ＝（Ｒ2 −Ｒ1 ）／Ｒ2     ……式(10)であらわされることになる。
【００１８】
上記する皺の発現率Ｕに関して、皺を解消するため、図５に示すように、線分ＰＡ−ＰＢ：ＰＣ−ＰＤに皺の％分の差を付け、つなぎ合わせてテープ形状とする。図５を参照して、中心づれ角度Ｅは、
Ｅ＝ tan-1・｛ (Ｌ1・Ｕ1 ）／２・ Ｂ2 ｝＋｛ (Ｌ2・Ｕ2 ）／２・ Ｂ3 ｝……式(11)であらわされ、
Ｘ方向距離Ｘ2 は、
Ｘ2 ＝Ｌ2 ・ cosＥ    ……式(12)であらわされ、
Ｙ方向づれＹ2 は、
Ｙ2 ＝Ｌ2 ・ sinＥ    ……式(13)であらわされる。
【００１９】
上記するようにして皺修正したテープ体は、概して図６に示すような形状の単位テープ体１として供され、この単位テープ体１を楕円球状体の表面上に記した組角度Ａの線に沿って、図６に示すようにして当該単位テープ体の中心線を合わせながら配列していく。
【００２０】
次に、図７にもとづいて、飛行船のエンベロープのためのブレイダ用単位テープ体作製の一実施例について説明する。まず、ベクトラン、アラミド、カーボン等を給糸２とする複数の給糸ボビン３を準備する。この給糸ボビン３からの給糸２は、適当なガイドローラ４によりストライド５され、ストランド状に配列された給糸群を、所望のガイド手段によって、テープ形状の中心位置に沿わせて矢印ａ方向に走行させていき、カッター手段８によって給糸群を切断し、所定幅のストランド域７を面状に形成する。このようにしてストランド域７を矢印ｂ方向に連続的に連接形成してシート９が形成される。
【００２１】
図７に示す実施例において、前記ガイド手段６には、樹脂材供給手段１０が搭載されており、ストランド状に配列される給糸群に対して、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ラテックス等の樹脂層を形成する。
【００２２】
このようにして形成されたシート９は、図示しないスリッター手段によって図７Ｃに示すような形状の単位テープ体１に切断される。このスリッター手段による切断は、テープ幅を変化させながら、当該単位テープ体の幅方向中心線に沿うように行われる。
【００２３】
図７Ｃに示すような形状に形成された単位テープ体１は、軸線に対して＋θ°の組糸、軸線に対して−θ°の組糸としてブレイダにセットされ、当該ブレイダによって、図６に示すような長さ寸法Ｌ、最大径寸法Ｄの構造例になる飛行船のエンベロープＥｎをブレイディング組成する。この単位テープ体１をブレイディングすることによって組織されたエンベロープＥｎは、軸線に対して＋θ°の組糸と軸線に対して−θ°の組糸とが、交差する毎に、一方が外層側になり、他方が内層側になるように交互に組織され、実質的に内外二層の単位テープ体１によるエンベロープＥｎを組織する。このようにして組織された組成体に対しては、樹脂コーティング処理がなされるようになっている。
【００２４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、この発明では、ブレイダによって組物層として組織し、この組物層によって飛行船のエンベロープを一体物として組成形成することができ、幅のあるテープ体をブレイディングにより組織して、球体状ないしは楕円球体状でなる飛行船のエンベロープを製造する際に、円周差による皺の発生を防止することができるようになっている。
【００２５】
以上の構成になるこの発明の飛行船のエンベロープ製造方法によれば、(1) 軽くて強い材料が適用可能であり、(2) テープとテープとの糊代あるいは縫い代などが不要であって、極限まで軽くでき、(3) 必要最小限の膜厚に組成でき、(4) 糸の切断部分をなくすことができ、(5) 一体成形が可能であり、さらには、組糸に薄肉テープを用いて、該薄肉テープの厚さを変えることで前記応力対応が可能であり、(6) ストランドの層間割れに対して、組構造のため亀裂が広がりにくいなどの点において、極めて有効に作用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜図６は、この発明になる飛行船のエンベロープ製造方法に関して、ブレイド用単位テープ体の設計にあたり、その設計値を算出する要因を説明するための図であって、図１は、設計すべき飛行船エンベロープの楕円計算を説明する概略的な説明図である。
【図２】図２は、巻付け寸法Ｌｍ並びに巻付け角度Ａｄの関係について、これを算出説明する概略的な説明図である。
【図３】図３は、テープの長さＬｔ並びにテープの幅Ｂを算出説明する概略的な説明図である。
【図４】図４は、テープ皺計算の方法を説明するための概略的な説明図である。
【図５】図５は、皺修正テープの形状を算出説明するための概略的な説明図である。
【図６】図６は、皺修正テープの配列方法を説明するための概略的な説明図である。
【図７】図７は、飛行船エンベロープのための単位テープ体を作るための装置の一例を示すものであって、図７Ａは、当該装置の概略的な平面図であり、図７Ｂは、その概略的な側面図であり、図７Ｃは、仕上げられた単位テープ体の一例を示す概略的な平面図である。
【図８】図８Ａは、飛行船エンベロープの組成過程において、一対の組糸による組成過程の状態を示す概略的な側面図であり、図８Ｂは、ブレイディングによって組成された飛行船エンベロープの一構成例を示す概略的な側面図である。
【符号の説明】
１  単位テープ体
２  給糸
３  給糸ボビン
５  ストライド
６  走行手段
７  ストランド域
８  カッター手段
９  シート
１０  樹脂材供給手段
【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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