(57)【要約】【課題】従来の液体用タンクは、製造後の固有振動数を変更したい場合、その変更に対処することができなかった。【解決手段】液体２を貯蔵する液体用タンク１であって、タンク内に、貯蔵した液体２中で下面にガス溜りＡを形成する固有振動調整部材６を備えた構成とし、ガス溜りＡにより液体２の自由液面を得ることで、固有振動調整部材６の部分的な振動モードを発生させてタンク全体の振動モードを変化させることとし、ガス溜りＡの有無によってタンク全体の固有振動数を簡単に変更し得るものとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯蔵する液体用タンクであって、タンク内に、貯蔵した液体中で下面にガス溜りを形成する固有振動調整部材を備えたことを特徴とする液体用タンク。
【請求項２】
固有振動調整部材が、ガス溜りを形成する下向き凹部を備えており、下向き凹部が円錐形状を成していることを特徴とする請求項１に記載の液体用タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯蔵する液体用タンクに関し、とくに、ロケットに搭載する液体燃料タンクや液体酸化剤タンクとして用いるのに好適な液体用タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロケットに搭載する液体燃料タンクや液体酸化剤タンク等の液体用タンクは、打上げ時において、液体が全体容積の９０％程度に充填されており、その状態で打上げ時の振動荷重を受けることとなる。このため、液体用タンクでは、打上げ時に生じる振動がロケット全体に影響を及ぼさないようにする必要があり、固有振動数が設計上の重要なパラメータとなっている（非特許文献１）。なお、タンクの制振装置としては、特許文献１に記載されているようなものがある。
【０００３】
ここで、打上げ時に液体用タンクに生じる振動とは、液体の揺動（スロッシング）によるものではなく、タンク自体の固有振動である。液体用タンクの固有振動数は、タンク材料、大きさ及び形状、充填する液体の量、及びロケット本体への固定部分の剛性といった条件によってほぼ決定される。そこで、従来の液体用タンクは、上記の諸条件に基いて解析を行って固有振動数を予め予測し、そのうえで製造を行っていた。
【特許文献１】特開２０００−１８３２１号公報
【非特許文献１】『航空宇宙工学便覧・増補版』丸善株式会社、昭和５８年４月２５日、ｐ．４７０、７３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記したような液体用タンクにあっては、設計段階において液体部分の模擬が困難であって、固有振動数の予測が難しく、また、製造後に充填液体の量が変更される場合がある。
【０００５】
このとき、液体用タンクは、例えばロケット本体への固定部分の厚さ等を修正することで固有振動数を変更することが可能であるが、この場合、固定部分の強度が変化してしまうので、実際に固定部分の修正を採用することはきわめて困難である。
【０００６】
このため、製造後の液体用タンクの固有振動数を変更する場合には、液体用タンクの設計をし直す以外に対策がないのが現状であり、製造に関わる手間やコストが嵩むことから、その改善が要望されていた。
【０００７】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、製造後において固有振動数を簡単に変更することができる液体用タンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体用タンクは、液体を貯蔵するものであって、タンク内に、貯蔵した液体中で下面にガス溜りを形成する固有振動調整部材を備えたことを特徴とし、より好ましい実施形態として、固有振動調整部材が、ガス溜りを形成する下向き凹部を備えており、下向き凹部が円錐形状を成していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液体用タンクは、貯蔵した液体中において、固有振動調整部材の下面のガス溜りにより液体の自由液面を得ることで、固有振動調整部材の部分的な振動モードを発生させてタンク全体の振動モードが変化することとなり、ガス溜りの有無によってタンク全体の固有振動数を簡単に変更することができる。これにより、製造後の液体用タンクの固有振動数を変更したい場合に、固有振動数を簡単に変更し得るので、設計変更の必要がなくなり、製造に関わる手間やコストを大幅に削減することができる。
【００１０】
また、本発明の液体用タンクは、固有振動調整部材においてガス溜りを形成する下向き凹部を円錐形状としたことから、下向き凹部に供給するガスの量に応じて液体の自由液面の面積が増減し、これにより固有振動調整部材の部分的な振動モードが変化することとなり、結果としてタンク全体の固有振動数を簡単に調整することができる。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明に係わる液体用タンクの一実施例を説明する図である。図示の液体用タンク１は、例えば、ロケットの液体燃料タンク又は液体酸化剤タンクとして用いられるものであって、液体燃料又は液体酸化剤である液体２を貯蔵している。
【００１２】
液体用タンク１は、軸線を上下方向（ロケット機軸方向）とした円筒部３の上下端にドーム部４Ａ，４Ｂを有しており、円筒部３の外周には、図示しないロケット本体への固定用フランジ５が周方向に所定間隔で設けてある。この固定用フランジ５は、液体用タンクの大きさ等に応じて適数（例えば４〜８個）が設けてあり、さらには、円筒部３の全周にわたって設けることも可能である。
【００１３】
また、液体用タンク１は、その内部に、貯蔵した液体２中で下面にガス溜りＡを形成する固有振動調整部材６が設けてある。この固有振動調整部材６は、扁平な円錐形状を成す板状の部材であって、当該液体用タンク１の内径にほぼ等しい直径を有しており、頂部を上向きにした状態で、円筒部３と下側のドーム部４Ｂの境界部分に固定してある。
【００１４】
さらに、固有振動調整部材６は、頂部（中央部）を円錐形状の下向き凹部７として、この下向き凹部７の下側にガス溜りＡを形成することとし、下向き凹部７から外周部に至る周壁部８には、液体が自由に通過し得るように、一部に図示した金属メッシュや適数の穴を形成した板材を用いている。
【００１５】
なお、固有振動調整部材６は、液体タンク１の補強等の機能を持たせることも不可能ではないが、ここでは固有振動数の調整機能を主目的とするものであるから、下向き凹部にガス溜りＡを形成してこれを保持するだけの機能があれば良く、簡単で且つ軽量な構造であって、タンク全体の固有振動数には殆ど影響の無いものとなっている。
【００１６】
上記構成を備えた液体用タンク１は、ロケットに搭載されると共に、液体が全体容積の９０％程度に充填される。ここで、液体用タンクは、設計段階において、打上げ時に生じる振動がロケット全体に影響を及ぼさないように、タンク材料、大きさ及び形状、充填する液体の量、及びロケット本体への固定部分の剛性といった条件に基いて、固有振動数の解析が行われる。ところが、製造後に、条件の変更等により固有振動数の変更を実施したい場合がある。
【００１７】
これに対して、液体用タンク１では、液体２を充填した後、液体２中における固有振動調整部材６の下向き凹部７の下側にガスを供給すると、そのガス溜りＡによって液体２の自由液面が得られ、この自由液面によって固有振動調整部材６の部分的な振動モードが発生し、この部分的な振動モードによってタンク全体の振動モードすなわち固有振動数が大きく変化する。例えば、ガス溜りＡが無い状態での固有振動数が、ガス溜りＡの形成により２倍程度になる。
【００１８】
したがって、液体用タンク１では、製造後に固有振動数を変更したい場合でも、従来のように設計変更をする必要はなく、ガス溜りＡの有無によってタンク全体の固有振動数を簡単に変更して、要求値若しくはそれに近い値にすることができる。
【００１９】
また、液体用タンク１は、ガス溜りＡを形成する下向き凹部７が円錐形状であることから、下向き凹部７に供給するガスの量に応じて液体２の自由液面の面積が増減することとなり、これにより固有振動調整部材６の部分的な振動モードも変化して、結果としてタンク全体の固有振動数を簡単に調整することができる。
【００２０】
なお、本発明の液体用タンクは、その詳細な構成が上記実施例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能であり、例えば、固有振動調整部材にあっては、複数のステーで下向き凹部をタンク中心に支持する構成や、複数の下向き凹部を備えた構成などの様々な形態を採用することができ、複数の下向き凹部を備えた場合には、これらを選択的に使用してガス溜りを形成することで、液体の自由液面の面積を増減させることも可能である。
【００２１】
また、固有振動調整部材は、液体中であればタンク内のどの位置に設けても良いが、液体がある程度減少した状況でも機能を維持し得るように、タンク中心よりも下側に設けるのがより望ましい。
【００２２】
さらに、当該液体用タンクは、ロケットに搭載される液体燃料タンクや液体酸化剤タンクに用途限定されるものではなく、振動を受けるその他の状況において使用されるタンクに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の液体用タンクの一実施例を説明する垂直断面図（ａ）及び水平断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００２４】
１  液体用タンク
２  液体
６  固有振動調整部材
７  下向き凹部
Ａ  ガス溜り
【図１】
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