(57)【要約】本発明は、円形断面を有している回転面（１１）を具備している減衰装置に関する。一揃のスロット（１４）が、回転面（１１）の両側面の間に分布されていて、前述のスロット（１４）により規定される制限内で弾性材料（１５）を閉じ込めるようになっている。この方法で、ラビリンス構造体が、回転面（１１）の下部インターフェースから上部インターフェースへの荷重経路のために形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転面（１１）を含んでいる減衰装置であって、該回転面（１１）が該回転面（１１）をおおって分布された一組のスロット（１４）を具備する減衰装置において：
該回転面（１１）が、該一組のスロット（１４）により規定される範囲内において弾性材料（１５）を閉じ込めるようになっていることを特徴とする；
減衰装置。
【請求項２】
該回転面（１１）が円形断面である、請求項１に記載の減衰装置。
【請求項３】
該回転面（１１）が直線状シリンダである、請求項２に記載の減衰装置。
【請求項４】
該回転面（１１）が円錐台である、請求項２に記載の減衰装置。
【請求項５】
該一組のスロット（１４）が該回転面（１１）の両面に分布されている、請求項３又は４に記載の減衰装置。
【請求項６】
各スロット（１４）が、該回転面（１１）の一側面において所定曲線で延伸している、請求項５に記載の減衰装置。
【請求項７】
各スロット（１４）が波形曲線で延伸している、請求項６に記載の減衰装置。
【請求項８】
少なくとも一つのスロット（１４）が、固定点又は頂点を通りそして所定の曲線に追従している線により形成されている、請求項６又は７に記載の減衰装置。
【請求項９】
少なくとも一つのスロット（１４）が、平行に移動しそして所定の曲線に追従している線により形成されている、請求項６又は７に記載の減衰装置。
【請求項１０】
各々が該回転面（１１）の一方の面に設置されたスロット（１４）に対応している、少なくとも二つの端部が平行である、請求項８又は９に記載の減衰装置。
【請求項１１】
少なくとも二つのスロット（１４）が平行であるので、それらの各々が該回転面（１１）の一方の側面に設置されている、請求項９に記載の減衰装置。
【請求項１２】
少なくとも二つのスロット（１４）が少なくとも一つの区画を介して連通している、請求項１０又は１１に記載の減衰装置。
【請求項１３】
該一組のスロット（１４）が、頂点で接続された二つの錐面により形成されたスプールを該回転面（１１）に形成している、請求項１０に記載の減衰装置。
【請求項１４】
該一組のスロット（１４）が、該回転面（１１）においてＨ字形形状を形成している請求項１１又は１２に記載の減衰装置。
【請求項１５】
該弾性材料（１５）がエラストマーである、請求項１に記載の減衰装置。
【請求項１６】
該弾性材料（１５）が粘弾性材料である、請求項１に記載の減衰装置。
【請求項１７】
該弾性材料（１５）が弾性材料（１５）の少なくとも一つのバンドを備えるようになっている、請求項１５又は１６に記載の減衰装置。
【請求項１８】
該弾性材料（１５）が弾性材料（１５）の少なくとも二つのバンドを備えるようになっている、請求項１７に記載の減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙船に含まれる連結構造体を介して伝達される、振動及び衝撃波用の減衰装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、宇宙船の飛行中に、発生し、かつ宇宙船の構造体を介して伝達される振動及び衝撃波を低減する受動式減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
受動式減衰装置は公知の技術であって、例えば特許文献１は、宇宙船飛行中に発生する振動及び衝撃波を低減する受動式減衰装置を開示している。
【０００４】
この受動式減衰装置は直線状の円形中空シリンダを備えていて、そのシリンダには、一組の長方形スロットが作られ数個の垂直面又は層に分布されている。
【０００５】
水平スロットは、らせん状の空間曲線をえがくように分布されていて、すなわちコラムにおいて垂直方向に整列されていない。水平面又は水平層各々に多数のスロット、詳しくは六個より多いスロットが備えられている。
【０００６】
各水平スロットは細長い長方形形状であって、長方形の水平スロットにおいて、垂直な平行側面は水平な側面より寸法が小さくなっている。
【０００７】
スロット付き中空シリンダは数個の長方形セグメントにより外部を囲まれていて、そのセグメントは粘弾性材料で作られていて、スロット付きシリンダを完全におおっている。長方形セグメント又はシートは、剛材料で作られた数枚の長方形シートにより粘弾性材料のシートをスロット付き中空シリンダに対して保持する円筒状リングを形成するように外部を囲まれている。
【０００８】
開示されたアダプタ装置は、その構造に起因するいくつかの欠点を有している。例えば一つの欠点は、各水平層及びスロット付き中空シリンダに存在する多数の分離又はブリッジによるものである。ブリッジ又は分離は、隣接する二つのスロット間に存在する材料の部分と理解されるべきである。
【０００９】
スロットの数及びスロット間のブリッジの数における過剰な軸対称性を有する分布が見られる。このことは、円筒状の構造体の固有モード及び軸対称のサポート条件とに関連する特定の周波数における減衰の損失（増幅でさえも）に変換されるものである。このことは特許文献１の図９−１２に図示されていて提案した装置の特徴を図示している。
【００１０】
この種の構造形状に関連して、種々の層間、二つの端部間及び隣接する構造体間の構造的変化が非常に急激なものであって（応力を分散する面がない）、このことは、大きなピーク引張応力／圧縮応力（オーバーフロー）を支えねばならない、減衰装置のシート及び隣接する構造体とにおける過荷重を意味している。
【００１１】
もう一つの欠点は、多数の水平層と一層当りの多数の水平スロットとにもとずく剛性の低下である。剛性は宇宙船飛行全体を通しての優れた制御に必要とされるものであり、減衰と剛性との間での妥協がなされねばならない。すなわち多数の層数とスロットの数とはより大きな減衰を意味していて、一方でより小さな剛性を意味しており宇宙船の区画と積載量との妥協を生じさせる。
【００１２】
他方で、粘弾性材料に浮いている外部シリンダは装置の全体剛性にほとんど影響がない。同様に減衰への影響もほとんどない。外荷重は異なる層間の相対移動を誘発する。これらの移動は、粘弾性材料における剪断変形を生じる。しかしながら、これらの変形は、上部インターフェースと下部インターフェース間に生じる移動の約半分であって、剪断力への作用を増幅するものではない。
【００１３】
本構造形状の最大の欠点は、減衰と剛性との相反する要求を満たすことができないことである。線形荷重変形挙動（金属及び粘弾性コンポーネント）における作動をベースにして、剛性のどのような増加もが減衰能力の低下をもたらし、又その逆でもある。
【特許文献１】米国特許第６２０２９６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、高周波数及び低周波数との振動及び衝撃波とを減衰し、減衰能力に影響を与えることなく宇宙船の正確な誘導を達成可能な最小レベルの剛性を提供する減衰装置を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の減衰装置は、円形断面の回転面を備えていて、一組のスロットが回転面の両面の間に分布されており、弾性材料をスロットにより形成された範囲内に閉じ込めるようになっている。
【００１６】
本発明の目的は、回転面の下部インターフェース例えば直線状中空シリンダから上部インターフェースへ荷重を通過させるための構造的ラビリンスをもたらすことである。
【００１７】
他の目的は、弾性材料及び回転面の残りの材料が連続した相補的な二つのラビリンス構造体を形成するように、すなわち弾性材料があって、回転面に対応する材料のないようにすること、又はその逆にするように、スロットのキャビテーに弾性材料を充填することである。
【発明の効果】
【００１８】
この装置を用いてコンパクトで軽量な構造体が達成され、その構造体は、複合材料すなわち弾性材料に対応するマトリックスと回転面に対応する繊維とのブロックとして作用していて、各エレメントは、例えば円筒状の回転面の材料が剛性を提供する繊維として作用し、そして弾性材料が剛性を補完しエネルギ散逸能力を提供するマトリックスとして作用する役割を果すようになっている。
【００１９】
本発明の他の利点は、弾性的減衰手段が、構造体自体の一部を形成していることであって、その弾性的減衰手段は全表面に沿って一体化されそしてシャトル及び／又は人工衛星のような宇宙船に見られる大直径のインターフェースに対して調節可能なようになっている。従って、エンジン及び周期的作動エレメントとにより誘発される数分程度続く長時間の低周波及び中周波振動（０−２０００Hz）、並びに非常に広範囲のスペクトラム（１００００Hzまで）であるが１／１０００秒の時間である振動を発生する切り離なしにより誘発される衝撃のような短時間の遷移現象とが減衰され制振される。
【００２０】
本装置の利点は、使用要求条件に最も適切なように各エレメントの寄与度を調節できることである。もし、より大きな散逸能力でより小さな剛性が必要とされるなら、各材料それぞれの割合を増加又は減少することで十分である。限界を越えると、マトリックス及び繊維との能力を逆転することができる。
【００２１】
従って、前述の構造形状は、飛行に必要とされる最小の剛性と減衰能力との間における両立性の問題を解決することが可能である。一方で、マトリックスすなわち弾性材料は、繊維に閉じ込められるので、繊維である回転面が適切に作用するために必要とされる機械的性質を提供している。他方で、このことは、スロット付きの回転面が非常に剛であることから主な荷重経路となるので減衰能力及びフィルタ能力を排除するものではない。
【００２２】
飛行とフィルタリングとの間の共存性に関連して繊維−マトリックス複合材料により付加される利点は、外荷重に対する応答が非線形であることである。スロット付き回転面が弾性ベースすなわち線形で作用する場合、外荷重がマトリックスの変形を増加し、後者がその弾性特性にもとずいて剛性を増加させて応答するので、弾性材料は非弾性ベースすなわち非線形で作用していて、装置の減衰能力に寄与している。
【００２３】
弾性材料が十分に閉じ込められている場合、前述の現象は非常に効果的なものである。この閉じ込めは、スロット付き回転面の構造形状により保証されている。
【００２４】
従って、スロット付き回転面がスロットの厚さを減少するように変形する場合、スロットに閉じ込められている弾性材料は圧縮され変形に直交する方向に膨脹することになり、その変形は残りのスロットに閉じ込められた弾性材料により部分的に回避される。変形が垂直方向であれ水平方向であれ、角度付きスロット配列を用いることにより、同様の効果が達成されている。
【００２５】
従って、本発明による受動式減衰装置は宇宙船主に人工衛星の飛行中に発生する振動及び衝撃波とを低減及び／又は排除することができ、もし飛行中に発生した振動及び衝撃波とがペイロードに達っしても、ペイロードにおけるいずれの損傷ももたらされない。
【００２６】
本発明の詳細な説明が、添付図を用いて以下に提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、地球圏外の宇宙において飛行可能な宇宙船構造体に対応する、上部インターフェース１２及び下部インターフェース１３に同時に接続された減衰装置１１を図示している。
【００２８】
同図において以下のことが理解されるであろう。宇宙船の構造的接続及び完全性を提供する主要な構造体は、ほぼ回転対称である巨大な円筒状又は円錐状構造体であって、その構造体は飛行中に発生する振動現象を、構造体自体の減衰係数が小さいためにほとんど減衰することなく、時には特定の振動数に対しては増幅して伝播する。従って装置及びペイロードはこの条件を満たさなければならず、その構造設計を著しく複雑なものにしている。
【００２９】
図２は減衰装置を図示していて、減衰装置は円形断面を有する回転面、例えば直線状中空シリンダ１１を備えていて、垂直側面の間に数個のスロットが所定のレベルに分布それており、例えば二つのレベルに四つのスロット、すなわち直線状シリンダ１１の垂直側面各々に二つのスロット１４が分布されている。
【００３０】
各々のスロット１２は、スロット１４が所定の湾曲例えば円で延伸している所定の形状であってもよくて、例えばスロット１４は、直線状シリンダ１１の回転軸に位置する固定点すなわち頂点を通る線により形成され、かつ円形となっている。
【００３１】
直線状シリンダ１１の両垂直側面のスロット１４は、ある区画において接続されていてもよいし、他の区画では接続されていなくてもよい。このことは、例えば図３に図示する軸Ａ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′による断片１４−１に見ることができる。断片区画１４−１の上段区画のＶ字形スロット１４は、接続されていないけれど、下段区画の逆Ｖ字形スロット１４は接続されている。
【００３２】
従って、直線状シリンダ１１の中央部分は所定のスプール形状、すなわち頂点で接続された二つの錐面である。
【００３３】
図４に図示するように、スロット１４は直線状シリンダ１１の水平側面に形成されていてもよい。すなわち、各スロット１４は、平行に移動する及び／又は直線状シリンダ１１の回転軸にも平行に移動する線により所定の湾曲で形成されてもよい。
【００３４】
この場合断片区画１４−２の上段のスロット１４は接続されていないけれども、下段のスロット１４は接続されている。従って直線状シリンダ１１の中央部分は所定のＨ字形状である。
【００３５】
図３において、直線状シリンダ１１の区画間に介在するスロット又はギャップ１４を形成することによりできたスペースは、図５及び６に図示するような、エラストマー、粘弾性材料等のような本発明の減衰装置の機能的特徴でもある、剛性が小さく減衰率の大きな弾性材料１５で充填されている。図２，３，４，９及び１０に図示する単一ボデーのリング状減衰装置はこのようにして作られる。
【００３６】
従って、円筒状ボデーの減衰装置１１は、繊維の入っていないスペースに樹脂が入っているか又はその逆の繊維樹脂タイプの複合材料に等しいコンパクトな形状となっている。図９及び１０に図示に図示するように、材料が入っていないシリンダ１１のスペースは弾性材料１５が入れられるか、又はその逆である。このコンパクトで連続形状であることが、減衰装置の機能に重要なことであり、以下に説明する。
【００３７】
弾性材料１５は、二つの部分又はバンドを有していて、シリンダの、上部スロット１４に対応する上段と、下部スロット１４に対応する下段とである。図５において、シリンダ１１の両側面におけるスロット１４のユニオン区画１５−２と、両側面のスロット１４の間にユニオンのない区画１５−１とを見ることができる。
【００３８】
同様に、図６は、図４の直線状シリンダのスロットに対応する弾性材料１５の二つの部分を図示していて、スロット１４はシリンダ１１の水平側面又はベースに形成されている。同様に、シリンダ１１の、両側面のスロット１４のユニオン区画１５−３と、両側面のスロット間にユニオンのない区画１５−４とを見ることができる。
【００３９】
スロット付キャビテー１４の両側面における弾性材料１５はスロットの各々を介して区画１５−３と接続されていて、すなわち物理的連続性を有していて、かつ弾性材料１５は直線状シリンダ１４の外壁により包囲されあるいは区切られている。弾性材料１５の包囲体は宇宙船の飛行ステージにもとずいて変更されることは理解されるであろう。
【００４０】
図７は別のタイプのスロット１１であって、スロット各層が波形の連続又は非連続湾曲部となっている。前記タイプのスロット１４は、中空の円錐台回転面１１に設置されている（図８参照）。同様に、平行スロット１４は、直線状シリンダタイプの回転面１１と同様に円錐台１１に配置されている。この円錐台形状は、直径の異なる隣接する構造体に使用するのに適切なものとなっている。
【００４１】
図２において、スロット付きシリンダ１１は下段インターフェース１３と上段インターフェースとの間の直接的な荷重経路がスロット１４により常時遮断されるようにスロット付きとなっている。このことは、例えば図９及び１０に図示するように、角度付きスロット１４の異なる高さの二つのレベルにより達成されている。直線状シリンダ１１がある区画をＶ字形及び逆Ｖ字形、又はＵ字形及び逆Ｕ字形のキャビテーにより分割された三つの部分に区分されるように、スロット１４は四つの錐面キャビテーを作っている。
【００４２】
これらの三つの部分は、完全に分割されていない。むしろ上段は少なくとも三ヶ所で中段に接続され、前者に対して６０°ずれた他のヶ所で中段と下段は接続されている（図１３参照）。このことは、スロットなしのスペースが提供されるように、各レベルのスロット１４の三つの区画における連続性を妨たげることにより達成されていて、このスペースが所定のサイズの三つのブリッジを提供していて、図３，４，５，６，９及び１０に図示されるようにせまい荷重経路となっている。
【００４３】
乱れの可能な経路は異なるレベル間の六つの経路、従って複雑な経路を通じてである。すなわち、二つのレベルのスロット１４が、宇宙船の下段１３から上段１２へ向かって進む衝撃波を減衰する機能を達成していて、上段１２にはペイロードがかかっていて、衝撃波に対してより感受性が高くなっている。
【００４４】
図５において、軸及び／及び半径方向荷重が荷重伝達領域に作用すると、弾性材料１５の二つのバンドは同時に圧縮−引張変形及び剪断変形を受ける。これらの荷重はシリンダ１１の弾性材料１５により分離されている区画の間に相対移動をもたらす。
【００４５】
これらの弾性材料１５バンドの移動に対する抵抗が、一方で剪断変形に対する弾性材料１５の反作用にもとずく運動減衰係数（movement damping factor）である減衰強度（dampening strength）を提供し、他方でより重要なことであるが、圧縮変形が増加する場合剛性の増大、すなわち非線形挙動を提供している。従って、弾性材料１５はシリンダの剛性に寄与していて、この寄与は減衰の要求と完全に両立するものである。以下に説明する。
【００４６】
変形に対する抵抗は、減衰装置における剛性の増加を提供していて、その剛性はスロット１４により低減されたものである。さらにこの剛性は変化する性質、すなわち変位を増大している。衝撃が構造体を伝播する際にもたらされる非常に小さな変位に対して、提供された剛性は無視できる。それはほとんど生じていないようである。従って、図１１において矢印で図示されるように、下段インターフェース１３から来る衝撃外乱が上段インターフェース１２へ向かって前進しようとする場合、その衝撃外乱は下部レベルのスロット１４で反射され、三つの下部経路部分のうち一つだけから進んでゆく（図１１の下段参照）。
【００４７】
これらの区画に続いて、経路が妨げられている次のレベルのスロット１４に見られるように、外乱の一部はそこで反射され他の部分がスロット１４間の構造部分を介して円周方向に進行する（図１１の中断参照）。上段経路において、エネルギーのほとんどを失なっている。さらに、プロセスにおいて、減衰装置により連結されたインターフェース１２，１３により形成された装置の通常モードにおけるすべての固有振動は、外乱の伝播特性にもとずいて緩和される。
【００４８】
図１２において、剛性が必要とされる場合の減衰装置の作用が図示されている。このことは、宇宙船の重力中心の著しい移動をもたらす飛行の際、及び船体の制御及び飛行を可能にするために全飛行の際における、振動あるいは突風がある場合に起きる。両ケースにおいて、エネルギ散逸すなわち減衰能力を有していることが利点となる。両ケースにおいて、もし弾性材料１５が備えられていないとスロット付き直線状シリンダ１１の大きな変形が発生する。
【００４９】
弾性材料１５はスロット付きシリンダ１５に埋め込まれていて、弾性材料１５がこれらの非線形変形への抵抗に対抗しており、その変形は、図１２の右側のダイアグラムに図示されているように弾性材料１５を通過する新しい荷重経路で伝達される。この経路は、初期構造の経路に追加されるものであって、その初期構造の経路は、すでに説明したものである、中央のダイアグラムに図示する衝撃波と同様なものであり、そして線形剛性を提供しているものである。両作用の追加により、線形作用により決定されたフィルタ能力を修正することなく、宇宙船の飛行に必要とされる剛性が達成されている。
【００５０】
図１３において、前述したことが三次元でより詳細に図示されていて、荷重は減衰装置の線形コンポーネントを介して伝達され、下段インターフェース１３に達っした準定常フロー分布の一部がお互いに１２０°離間した三つの小さなセクセーの分布に変換され、続いて先のセクターから６０°回転された三つのセクターに伝達され、そして上段インターフェース１２において準定常フローとなって終了している。
【００５１】
実際のところ、装置の減衰能力を増大し、隣接する構造体における定常フローを低減することは、荷重経路部分及びブリッジを最小にすることにより低減することにより達成される。これらの作用を補償するために、非線形コンポーネント及び弾性材料１５が装置のコンパクトな形状によって大きな役割を果している。
【００５２】
図１４は、装置の非線形要素がどのように係わるかを図示している。この場合、シリンダー／弾性材料装置の連続性により、荷重分布は全プロセス中に一定に保たれている。この方法で、線形エレメントにより隣接する構造体に発生されるオーバーフロー作用は部分的に修正される。
【００５３】
同様に、弾性材料１５はスロット１４により形成されたキャビテーに包囲されていて、それらの形状は、Ｖ字形、逆Ｖ字形、Ｈ字形及び逆Ｈ字形であれ剛性作用を増大している。
【００５４】
弾性材料１５は、お互いに近接しているがエッジは自由である二つの表面の間に圧縮されていて、弾性材料１５の体積は維持され剛性を低減している。もしエッジが閉止されていると、弾性材料１５の膨脹は防止され、そして体積減少により表面がお互いに接近することだけが可能であり、このことは、閉じ込められた流体を圧縮するために必要とされるエネルギーを使用することを意味している。従って、剛性が増加する。スロット１４のＶ字形又はＨ字形の水平レベルは簡単で単純なコンファインメントを提供している。
【００５５】
スロット１４のこの形状は、同時に弾性材料１５表面に平行な荷重及び垂直な荷重と作用することを可能にしていて、後者は剪断として作用していてエネルギーを散逸すなわち減衰し、かつ圧縮として作用していてさらなる剛性を提供している。
【００５６】
本発明における減衰装置の特徴は、層に分布されたスロット１４各々の形状である。図４に図示するように、スロットがシリンダ１１の外周囲に追従する場合、スロット１４の形状と、スロット１４が追従するコースとは、例えば直線である。この場合、弾性材料１５の剪断変形及び圧縮変形は完全に相互作用がない。
【００５７】
図７に図示するように、オーバーフローの発生を防止するためにスロットは特別なコースに追従している。同様に、スロット１４は、長軸が直線状シリンダ１１の軸に直交していて、短軸が直線状シリンダ１１の回転軸に平行となっているだ円形のような、他の種類の形状であってもよい。
【００５８】
減衰装置の機械的な特徴は、必要とされる種々の要求条件に適合するべく容易に変更することができる。このために、スロット１４のサイズをフィルターの要求条件と機械的要求条件との間の妥協に対し調節することで十分である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明による宇宙船に対応する構造体の斜視図である。
【図２】図２は、本発明による減衰装置の斜視図である。
【図３】図３は、本発明による減衰装置の二区画の断面を図示する。
【図４】図４は、本発明による他の実施形態における減衰装置の二区画の断面を図示する。
【図５】図５は、本発明による減衰装置の弾性材料の斜視図である。
【図６】図６は、本発明による減衰装置の別の弾性材料の斜視図である。
【図７】図７は、本発明による減衰装置の他の斜視図である。
【図８】図８は、本発明による減衰装置の他の斜視図である。
【図９】図９は、本発明による減衰装置の相補的に分布されたコンポーネントの斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明による減衰装置の相補的に分布されたコンポーネントの斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明による減衰装置の衝撃減衰フィルタとしての作動を図示している。
【図１２】図１２は、本発明による減衰装置がどのようにして荷重経路を修正するかを図示している。
【図１３】図１３は、本発明による減衰装置における線形の荷重経路の追従性を図示する分解図である。
【図１４】図１４は、本発明による減衰装置における非線形の荷重経路の追従性を図示する分解図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2006508851.tif 000018
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2006508851.tif 000020
2006508851.tif 000021
2006508851.tif 000022
2006508851.tif 000023
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