(57)【要約】【課題】超音速飛行可能な飛翔体において、動翼及び回転軸のレイアウトを制限することなく、空力中心の移動に対応して駆動装置にかかる負荷を最小限に抑えることができ、動翼及び回転軸のレイアウトの自由度の向上及び駆動装置の小型化を図ることのできる飛翔体の動翼装置を提供すること。【解決手段】飛翔体１が亜音速領域にあるときは動翼４の略中心位置にある空力中心Ｏが（ａ）、遷音速領域から超音速領域内で加速することで動翼４の後部側に移動するのに対し、第１のバルブ２０を開くことで動翼４のシリンダ部４ａに作動油を供給して動翼４を回転軸６に対して前方に移動させ、空力中心Ｏを回転軸線Ａ上に保ち（ｂ）、減速時に空力中心が元の位置に戻る際には第２のバルブ２２を開いて油圧を抜くことで動翼４を元の位置に戻す（ｃ）。【選択図】図４
2013185758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を介して飛翔体に設けられた動翼と、
前記回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、
前記動翼の空力中心の移動に応じて、当該空力中心と前記回転軸の軸線との距離が離れないよう前記動翼を前後方向に移動させる動翼移動手段と、
を備えることを特徴とする飛翔体の動翼装置。
【請求項２】
前記動翼移動手段は、前記動翼の内部にて前後方向に伸縮可能なアクチュエータであることを特徴とする請求項１記載の飛翔体の動翼装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記飛翔体内部に設けられた油圧供給手段から供給される油圧により伸縮する油圧シリンダであることを特徴とする請求項２記載の飛翔体の動翼装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記飛翔体が遷音速領域から超音速領域内での加速に応じて前記動翼を前記回転軸に対して前方に移動させるべく前記油圧供給手段から油圧が供給され、その後の減速時には供給された油圧が抜けるものであることを特徴とする請求項３記載の飛翔体の動翼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体の動翼装置に係り、詳しくは超音速飛行による空力中心の移動に応じて移動可能な動翼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、飛翔体には、姿勢を制御するための動翼が設けられている。例えば、ミサイルのような飛翔体の場合、円筒状の胴体側面に静翼（固定翼）や動翼が設けられている。静翼は飛翔体に固定された翼であり主に飛翔体の姿勢を安定させるものである。動翼は、回転駆動等して、迎角を変えることで飛翔体の姿勢を変更するものである。
例えば、動翼を備えた飛翔体としては、胴体内に翼を完全に収納でき、かつ翼の突出量を制御できる可変翼式飛翔体が開発されている（特許文献１参照）。当該特許文献１に記載の技術によれば、動翼の突出量を制御することで、飛翔体の飛行の変化に応じて必要な揚力を発生させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８７４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
飛翔体の中には超音速で飛行するものがあり、遷音速領域から超音速領域では翼の空力中心が後退していき、空力荷重も非常に大きなものとなるという特性がある。空力中心が変化すれば動翼による姿勢制御にも影響が生じる。
例えば、ミサイルの動翼であって、動翼の迎角を可変するため胴体側面から垂直に回転軸が延びているような構成では、回転軸の軸線と動翼の空力中心との距離（モーメントアーム）が、空力中心の後退により長くなれば、その分回転軸を駆動するモータ等の駆動装置の負荷も大きくなる。
【０００５】
駆動装置の大型化を防ぐためにも、回転軸の軸線と動翼の空力中心は極力近いことが好ましく、一般的に超音速飛行可能な飛翔体では、駆動装置の負荷が大きく変化しないように、動翼の回転軸を遷音速領域から超音速領域の空力中心の移動範囲において中間的な位置に配置している。しかし、これでは動翼及び回転軸の位置が限定され、レイアウトの自由度が制限されるという問題がある。
【０００６】
たとえ上記特許文献１のように動翼の突出量を制御できたとしても、空力中心が後退することに対しての対応は困難であり、却って制御が複雑になるおそれがある。また、超音速領域での空力荷重も非常に大きくなるのに対して、特許文献１のような複雑な動翼の支持構成では強度を維持するのは困難であるという問題もある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、超音速飛行可能な飛翔体において、動翼及び回転軸のレイアウトを制限することなく、空力中心の移動に対応して駆動装置にかかる負荷を最小限に抑えることができ、動翼及び回転軸のレイアウトの自由度の向上及び駆動装置の小型化を図ることのできる飛翔体の動翼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の飛翔体の動翼装置では、回転軸を介して飛翔体に設けられた動翼と、前記回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記動翼の空力中心の移動に応じて、当該空力中心と前記回転軸の軸線との距離が離れないよう前記動翼を前後方向に移動させる動翼移動手段と、を備えることを特徴としている。
請求項２の飛翔体の動翼装置では、請求項１において、前記動翼移動手段は、前記動翼の内部にて前後方向に伸縮可能なアクチュエータであることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の飛翔体の動翼装置では、請求項２において、前記アクチュエータは、前記飛翔体内部に設けられた油圧供給手段から供給される油圧により伸縮する油圧シリンダであることを特徴としている。
請求項４の飛翔体の動翼装置では、請求項３において、前記アクチュエータは、前記飛翔体が遷音速領域から超音速領域内での加速に応じて前記動翼を前記回転軸に対して前方に移動させるべく前記油圧供給手段から油圧が供給され、その後の減速時には供給された油圧が抜けるものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明によれば、飛翔体の動翼装置において、動翼の空力中心の移動に応じて、空力中心と動翼の回転軸の軸線との距離が離れないよう動翼を前後方向に移動させる動翼移動手段を備えることとする。動翼移動手段としては、動翼内部にて前後方向に伸縮可能なアクチュエータ、特に油圧シリンダが好ましい。
このような動翼移動手段を備えることで、飛翔体が遷音速領域から超音速領域内を飛行する場合にも、動翼の空力中心は常に回転軸の軸線から離れることはなく、動翼の回転駆動にかかる負荷の増加を抑制することができ、安定した姿勢制御を行うことができる。
【００１０】
これにより、飛翔体において空力中心の移動に応じた動翼及び回転軸のレイアウト上の制限はなくなり、これらのレイアウトの自由度を向上させることができる。また、空力中心の移動による回転駆動手段（駆動装置）にかかる負荷の変化が少なくなることから、駆動装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る飛翔体の動翼装置を備えた飛翔体の全体図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る飛翔体の動翼装置の拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る飛翔体の動翼装置の圧力発生手段の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る飛翔体の動翼装置の動作図である。
【図５】圧力発生手段の第１変形例である。
【図６】圧力発生手段の第２変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る飛翔体の動翼装置を備えた飛翔体の全体図が、図２には当該動翼装置の拡大断面図、図３には圧力発生手段の構成図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づき説明する。
図１に示す飛翔体１は、後翼操舵のミサイルであり、円筒状の胴体２の尾部外周に４つの動翼４が設けられている。当該飛翔体１は、図示しない発射装置より発射することで、静止状態から加速し、超音速領域まで達した後、減速するものである。
【００１３】
各動翼４は、図２に示すように、翼平面形状が台形状のいわゆるテーパ翼であり、回転軸６を介して飛翔体１に設けられている。
回転軸６は、動翼４内にて前後方向に延びるピストン部６ａ（動翼移動手段）、及び当該ピストン部６ａの中央位置から垂直に延びる軸部６ｂからなる側面視Ｔ字状をなしている。なお、当該回転軸６のピストン部６ａ及び軸部６ｂは組み付けのため、分解可能であることが好ましい。動翼４の内部には、前部に有底円筒形状をなすシリンダ部４ａ（動翼移動手段）と、後部に円筒形状をなすガイド部４ｂがそれぞれ形成されており、当該シリンダ部４ａ及びガイド部４ｂに回転軸６のピストン部６ａの前部及び後部が摺動可能に嵌合されている。また、動翼４には回転軸６の軸部６ｂが貫通する長孔４ｃが形成されている。当該長孔４ｃは、ピストン部６ａの摺動に伴い動翼４が前後に移動しても軸部６が動翼４に干渉しないように穿設された前後方向に長い孔である。
【００１４】
回転軸６の軸部６ｂは胴体２内に設けられているモータ８（回転駆動手段）と連結しており、当該モータ８により回転軸６は軸部６ｂを中心に回転駆動する。なお、図２では当該回転軸６の軸部６ｂの軸線Ａ（以下、回転軸線Ａともいう）が一点鎖線で示されている。
また、回転軸６の内部には、軸部６ｂからピストン部６ａの前端にかけて油圧通路１０が形成されている。当該油圧経路１０の一端は、動翼４のシリンダ部４ａ内に作動油を供給可能に、ピストン部６ａの前端面にて開放されている。一方、油圧経路１０の他端は、軸部６ｂの側面に接続されたホース１２内に連通している。当該ホース１２は、回転軸６の軸部６ｂの回転を許容可能なよう柔軟性を有しており、他端が胴体２内に設けられた油圧管１４と接続されている。なお、当該ホース１２に代えてスイベルジョイント(ロータリージョイント)等の回転を許容可能な他の継ぎ手を使用しても構わない。
【００１５】
油圧管１４は２系統に分岐しており、一方の先端には作動油が貯留されている油圧タンク１６が、他方の先端には内部が空のリリースタンク１８がそれぞれ形成されている。また、当該油圧管１４には、油圧タンク１６及びリリースタンク１８の手前にそれぞれ第１のバルブ２０及び第２のバルブ２２が設けられている。当該第１のバルブ２０及び第２のバルブ２２は飛翔体１に設けられた油圧制御部２４からの指示により開閉するものである。
【００１６】
このように動翼４内には、回転軸６の油圧経路１０を介してシリンダ部４ａ内に作動油が圧送されることにより、飛翔体１に固定されている回転軸６に対して動翼４を前方に移動させるよう伸展する油圧シリンダ（アクチュエータ）が構成されている。
ここで図３を参照すると、油圧タンク１６からシリンダ部４ｂへと作動油を圧送するための圧力を発生させる圧力発生手段の構成図が示されている。本実施形態における圧力発生手段は、油圧タンク１６と接続されており内部に作動油が貯留されている加圧シリンダ２６と、当該加圧シリンダ２６と接続されており内部に圧縮ガスが貯留されている圧縮ガスタンク２８とから構成されている。また、この加圧シリンダ２６と圧縮ガスタンク２８とを接続する通路には第３のバルブ３０が設けられており、当該第３のバルブ３０は油圧制御部２４により開閉制御される。このように構成された圧力発生手段は、第３のバルブ３０が開放されることで、圧縮ガスの圧力により加圧シリンダ２６内のピストンが摺動し、油圧タンク１６を加圧するものである。
【００１７】
油圧制御部２４は、飛翔体１の速度に応じて第１〜第３のバルブ２０、２２、３０の開閉制御を行うことで、空力中心の移動に対応して動翼４を前後に移動させ、空力中心と回転軸６の回転軸線Ａとの距離が離れないようにする。
詳しくは、図４を参照すると動翼の動作図が示されており、以下同図に基づき動翼の動作について説明する。
【００１８】
まず、図４（ａ）は、飛翔体１の発射前から遷音速領域に至るまでの亜音速領域での動翼４の状態が示されている。
同図に示すように、この状態での動翼４の空力中心Ｏは動翼４の翼平面上の略中心位置であって回転軸線Ａ上に位置している。また、動翼４自体は回転軸６に対して最も後方側に位置している。このとき作動油は、油圧タンク１６から油圧管１４、ホース１２、回転軸６内の油圧経路１０内に満たされており、第１のバルブ２０、第２のバルブ２２、第３のバルブ３０は閉じられている。
【００１９】
次に、図４（ｂ）は、飛翔体１が遷音速領域から超音速領域において加速した際の動翼４の状態が示されている。
同図に示すように、飛翔体１の速度が遷音速領域に入ってから加速するに従い、動翼４の空力中心Ｏは動翼４の後部側に移動する。油圧制御部２４は、第３のバルブ３０を開放した上で、飛翔体１の加速に応じて第１のバルブ２０の開度を大きくし、油圧タンク１６から動翼４のシリンダ部４ａへと作動油を供給する。動翼４はこの油圧により、回転軸６に対して前方側に移動する。これにより、動翼４後部に移動した空力中心は、回転軸線Ａ上に保たれることとなる。
【００２０】
図４（ｃ）は、飛翔体１が超音速領域及び遷音速領域から亜音速領域へと減速する際の動翼４の状態が示されている。
同図に示すように、超音速から遷音速を経て亜音速領域まで減速するに従い、動翼４の後部にあった空力中心Ｏは上記図４（ａ）に示した動翼４の略中心位置に戻っていく。そこで油圧制御部２４は、第１のバルブ２０を閉じるとともに、第２のバルブ２２の開度を飛翔体１の減速に応じて大きくすることで動翼４のシリンダ４ａ内に供給されていた作動油をリリースタンク１８へと排出し、油圧を抜く。このとき飛翔体１は超音速から遷音速の飛行状態にあり、動翼４は前方から後方に向けて比較的大きな空力荷重を受けているため、油圧の抜けた動翼４はこの空力荷重により後方へと押し戻される。これにより、亜音速領域まで減速して動翼４の略中心位置に戻った空力中心Ｏは、回転軸線Ａ上に保たれることとなる。
【００２１】
以上のように、飛翔体１が遷音速領域から超音速領域内を飛行する場合にも、動翼４の空力中心Ｏの移動に応じて動翼４を前方に移動させることで、動翼４の空力中心Ｏは常に回転軸６の回転軸線Ａから離れることなく、当該回転軸線Ａ上に保たれる。空力中心Ｏが回転軸線Ａ上に位置していることで、動翼４を回転駆動する際にかかるモータ８の負荷を最小限に抑制することができ、安定した姿勢制御を行うことができる。
【００２２】
これにより、飛翔体１において空力中心Ｏの移動に応じた動翼４及び回転軸６のレイアウト上の制限はなくなり、これらのレイアウトの自由度を向上させることができる。また、空力中心Ｏの移動によるモータ８にかかる負荷の変化が少ないことから、モータ８を小型化することができる。
以上で本発明に係る飛翔体の動翼装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００２３】
上記実施形態では、圧力発生手段は圧縮ガスタンク２８と加圧シリンダ２６を用いたものであり、これは確実に油圧を発生させることができるという利点があるが、圧力発生手段はこれに限られるものではない。
例えば図５及び図６を参照すると、圧力発生手段の第１変形例及び第２変形例がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づき圧力発生手段の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同じ符号を付し説明を省略する。
【００２４】
図５に示す第１変形例における圧力発生手段は、油圧タンク１６と接続されており内部に作動油が貯留された加圧用タンク３２が、飛翔体１の胴体２表面に面して配設されて構成されている。飛翔体１の胴体２表面は、飛翔体１が遷音速から超音速領域で飛行する際には空力加熱により高温となり、胴体２表面に面している加圧用タンク３２内の作動油も加熱される。この加熱により作動油が膨張することで圧力が発生し、油圧タンク１６を加圧する。そして、飛翔体１が減速して胴体２の表面が冷却されることで、油圧タンク１６の圧力も元に戻り、油圧が抜ける。
【００２５】
このように当該第１変形例における圧力発生手段によれば、空力加熱を利用することで、バルブ等を制御することなく、飛翔体１の速度に応じて自動的に油圧タンク１６を加圧することができ、構成を簡素化することもできる。なお、当該第１変形例においても加圧用タンク３２から油圧タンク１６への途中にバルブを設けて、当該バルブを制御することで状況に応じた油圧制御をすることも可能である。
【００２６】
次に図６に示す第２変形例における圧力発生手段では、油圧タンク１６と接続されており内部に作動油が貯留されている加圧シリンダ３４と、当該加圧シリンダ３４と接続され飛翔体１の胴体２表面に進行方向に向かって開口した動圧導入管３６とから構成されている。当該動圧動入管３６には、動圧導入バルブ３８が設けられており、当該動圧導入バルブ３８は油圧制御部２４により開閉制御される。このように構成された圧力発生手段は、遷音速領域から超音速領域内にて動圧導入バルブ３８が開放されることで、進行方向に開放した動圧導入管３６からの動圧により加圧シリンダ３４内のピストンが摺動し、油圧タンク１６を加圧するものである。そして、飛翔体１が減速して動圧が低下すること、油圧タンク１６の圧力も元に戻る。
【００２７】
このように当該第２変形例における圧力発生手段によれば、空力の動圧を利用することで、飛翔体１の速度に応じて油圧タンク１６を加圧することができ、構成を簡素化することもできる。また、動圧導入バルブ３８を制御することで状況に応じた油圧制御を行うことも可能である。
圧力発生手段は、以上説明した上記実施形態、第１変形例及び第２変形例のものを組み合わせてもよいし、電動アクチュエータ等のその他の方法を用いてもよい。例えば圧力発生手段の油圧限として電動アクチュエータを用いた場合には、外部環境に左右されにくくバルブも不要となるという利点がある。
【００２８】
また、上記実施形態では、動翼４を前後方向に移動させるアクチュエータとして、回転軸６のピストン部６ａ及び動翼４のシリンダ部４ａからなる油圧シリンダを用いており、これは簡易な構成で確実に動翼を移動させることができるという利点があるが、当該アクチュエータはこれに限られるものではない。例えば、空気圧等その他の流体を用いたアクチュエータや、電動アクチュエータを用いても構わない。
【００２９】
また、上記実施形態では飛翔体１を後翼操舵のミサイルとしているが、本発明の動翼を前翼に適用した前翼操舵のミサイルとしても構わない。さらに、飛翔体はミサイルに限られず、ロケットや航空機にも本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、動翼４の空力中心Ｏを最も回転負荷のかからない回転軸６の回転軸線Ａ上に保つこととしているが、必ずしも空力中心Ｏが回転軸線Ａ上にある必要はなく、少なくとも動翼の空力中心Ｏの移動に応じて、当該空力中心Ｏと回転軸の軸線との距離が離れないよう動翼を移動させるものであればよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  飛翔体
２  胴体
４  動翼
４ａ  シリンダ部（動翼移動手段）
４ｂ  ガイド部
４ｃ  長孔
６  回転軸
６ａ  ピストン部（動翼移動手段）
６ｂ  軸部
８  モータ（回転駆動手段）
１０  油圧経路
１２  ホース
１４  油圧管
１６  油圧タンク
１８  リリースタンク
２０  第１のバルブ
２２  第２のバルブ
２４  油圧制御部
２６、３４  加圧シリンダ
２８  圧縮ガスタンク
３０  第３のバルブ
３２  加圧用タンク
３６  動圧導入管
３８  動圧導入バルブ
【図１】
2013185758.tif 000003
【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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