(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な後端壁を有する外殻を備え、打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する飛翔体において、
上記外殻の後端壁にベントホールを設けているとともに、
上記ベントホールに、所定の極超音速飛翔区間において外殻内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻内外の圧力差により開放作動して当該外殻内外の空気の流通を許容する圧力型リリーフバルブを設けたことを特徴とする飛翔体。
【請求項２】
平坦な後端壁を有する外殻を備え、打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する飛翔体において、
上記外殻の後端壁にベントホールを設けているとともに、
上記ベントホールに、所定の極超音速飛翔区間において減速加速度により閉塞作動して外殻内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻内外の空気の流通を許容する加速度型リリーフバルブを設けたことを特徴とする飛翔体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロケットにより地上から打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する再突入カプセルなどの飛翔体の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、上記したような再突入カプセル（飛翔体）としては、例えば、平坦状の後端壁を有する外殻を備え、この外殻の内部に観測機器などのペイロードを収納するようにしたものがある。
【０００３】
この再突入カプセルの飛翔中における外部圧力環境は急激に変化するが、これに対処するために外殻に耐圧構造を採用すると重量の増加を招いてしまうことから、この再突入カプセルでは、打ち上げ時に外殻内部の空気を外部に流出させると共に帰還時に外部空気を外殻内部へ流入させるベントホールを外殻の後端壁に設けて外殻内外の空気の流通を図ることによって、飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来における再突入カプセルにおいて、外殻内部の空気が外部に流出する打ち上げ時には何等支障はないものの、宇宙からの帰還時には、再突入する際の空力加熱によって１００００Ｋにも達した外殻の周りの空気がベントホールを介して外殻内部へ流入することから、観測機器などのペイロードが収納される外殻の内部に耐熱対策を講じなくてはならないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、重量の増加を招く耐圧構造を必要とすることなく飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応することが可能であり、加えて、再突入する際の空力加熱率が高くなる極超音速で飛翔する区間において、外部の高温空気が内部に流入するのを阻止することができる飛翔体を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明は、平坦な後端壁を有する外殻を備え、打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する飛翔体において、上記外殻の後端壁にベントホールを設けているとともに、上記ベントホールに、所定の極超音速飛翔区間において外殻内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻内外の圧力差により開放作動して当該外殻内外の空気の流通を許容する圧力型リリーフバルブを設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した本発明は、平坦な後端壁を有する外殻を備え、打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する飛翔体において、上記外殻の後端壁にベントホールを設けているとともに、上記ベントホールに、所定の極超音速飛翔区間において減速加速度により閉塞作動して外殻内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻内外の空気の流通を許容する加速度型リリーフバルブを設けたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用】
請求項１に記載した飛翔体では、飛翔中の外部圧力環境の変化への対応、および再突入時における外部高温空気の飛翔体内部への流入阻止がなされるのに加えて、外殻内外の圧力差を圧力型リリーフバルブの設定圧力（例えば、０．１気圧）に抑え得ることとなる。
【００１４】
請求項２に記載した飛翔体では、所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間では、加速度型リリーフバルブによって外殻内外の空気の流通が常時許容されることから、所定の極超音速飛翔区間以外での急激な外部圧力環境の変化への対応が確実になされることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、上記した構成としているので、構造の簡略化を実現したうえで、耐圧構造を必要とすることなく、打ち上げから帰還するまでの飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応することができ、したがって、重量の軽減が実現可能であり、一方、再突入時における空力加熱率が高くなる所定の極超音速飛翔区間において、外部の高温空気が飛翔体内部に流入するのを防ぐことができるので、従来必須となっていた飛翔体内部の耐熱対策を省略することが可能になるという極めて優れた効果がもたらされる。
また、外殻内外の圧力差を圧力型リリーフバルブの設定圧力（例えば、０．１気圧）に抑えることができる。
【００１８】
請求項２に記載した発明によれば、所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、加速度型リリーフバルブによって外殻内部を常時外部に開放することができ、したがって、所定の極超音速飛翔区間以外での急激な外部圧力環境の変化に確実に対応することが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［第１実施例］
図１は本発明に係わる飛翔体の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わる飛翔体がロケットにより地上から打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する再突入カプセルである場合を示す。
【００２３】
図１に示すように、この再突入カプセル（飛翔体）１は鈍頭円錐形状をなし、平坦状の後端壁１１を有する外殻１０を備えており、この外殻１０の後端壁１１には、内部圧力制御手段としてのベントホール１２が設けてある。
【００２４】
このベントホール１２は、図１（ａ）に重ね合わせた圧力分布グラフに示すように、再突入カプセル１の所定の極超音速飛翔区間（再突入時の高度約７０ｋｍから高度約３０ｋｍに至る区間）において外殻１０の後端壁１１に存在する圧力係数ＣＰが負となる部分（仮想線で囲まれた部分）に設けてある。
【００２５】
つまり、後端壁１１の圧力係数ＣＰが負となる部分にベントホール１２を設けることにより、外部静圧が高度約３０ｋｍでの大気圧（０．０１気圧）を越えるまでは、外殻１０の内部を真空状態に保って外部空気が外殻１０の内部に流入するのを阻止すると共に、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間では、外殻１０内外の空気の流通を許容することができるようにしている。
【００２６】
この再突入カプセル１では、打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、ベントホール１２を通して外殻１０内外の空気の流通が許容されているので、耐圧構造を用いなくても飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応し得ることとなり、一方、再突入時における空力加熱率が高くなる所定の極超音速飛翔区間において、すなわち、再突入時の高度約７０ｋｍから高度約３０ｋｍに至る区間において、後端壁１１の圧力係数ＣＰが負となる部分にベントホール１２が設けてあるので、外殻１０の内部が真空状態に保たれ外部の高温空気が外殻１０の内部に流入するのが回避されるため、従来必須であった飛翔体内部の耐熱対策を省略し得ることとなる。
【００２７】
また、この再突入カプセル１では、内部圧力制御手段を外殻１０の後端壁１１に設けたベントホール１２としているので、飛翔中における急激な外部圧力環境の変化への対応および再突入時における外部高温空気の外殻１０の内部への流入阻止が、極めて簡単な構造でなされることとなる。
【００２８】
［第２実施例］
図２は本発明に係わる飛翔体の他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明に係わる飛翔体がロケットにより地上から打ち上げられて宇宙を航行した後帰還する再突入カプセルである場合を示す。
【００２９】
図２に示すように、この再突入カプセル２１が先の実施例の再突入カプセル１と相違するところは、外殻１０Ａの後端壁１１Ａに形成したベントホール１２Ａに、再突入時における所定の極超音速飛翔区間の突入高度および離脱高度をそれぞれ感知して当該所定の極超音速飛翔区間において外殻１０Ａの内外の空気の流通を遮断するべく作動する電磁バルブ２２を設けた点にあり、この際、所定の極超音速飛翔区間の突入高度を約７０ｋｍに設定していると共に、所定の極超音速飛翔区間の離脱高度を約３０ｋｍに設定している。
【００３０】
この再突入カプセル２１では、打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、電磁バルブ２２を開放状態としておけば、ベントホール１２Ａおよび電磁バルブ２２を通して外殻１０Ａ内外の空気の流通が許容されることから、耐圧構造を採用することなく飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応し得ることとなり、一方、再突入時には、所定の極超音速飛翔区間の突入高度を感知した時点で電磁バルブ２２を外殻１０Ａの内外の空気の流通を遮断するべく作動させると、電磁バルブ２２は、所定の極超音速飛翔区間の離脱高度を感知するまでこの閉塞状態を維持することから、再突入時の高度約７０ｋｍから高度約３０ｋｍに至る区間において、外部の高温空気が外殻１０Ａの内部に流入するのが回避されることとなり、このように、外殻１０Ａの内部の圧力制御を積極的に行い得ることから、飛翔中の外部圧力環境の変化への対応および再突入時における外部高温空気の外殻１０Ａ内部への流入阻止が、より一層確実になされることとなる。
【００３１】
［第３実施例］
図３は本発明に係わる飛翔体のさらに他の実施例を示しており、図３に示すように、この再突入カプセル３１が先の実施例の再突入カプセル１と相違するところは、外殻１０Ｂの後端壁１１Ｂに形成したベントホール１２Ｂに、再突入時における所定の極超音速飛翔区間において外殻１０Ｂ内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻１０Ｂの内外の圧力差（この実施例では０．１気圧）により開放作動して当該外殻１０Ｂの内部を開放する圧力型リリーフバルブ３２を設けた点にある。
【００３２】
この再突入カプセル３１では、打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、外殻１０Ｂの内外の圧力差が０．１気圧を越えると、圧力型リリーフバルブ３２が開放作動して外殻１０Ｂの内部を大気開放するので、耐圧構造を採用することなく飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応し得ることとなり、一方、再突入時において、外殻１０Ｂの内外の圧力差が微小となる所定の極超音速飛翔区間では圧力型リリーフバルブ３２が開放作動しないので、外殻１０Ｂ内外の空気の流通が遮断され、したがって、この所定の極超音速飛翔区間では、外部の高温空気が外殻１０Ｂの内部に流入することが阻止されることとなる。
【００３３】
そして、この再突入カプセル３１では、内部圧力制御手段を圧力型リリーフバルブ３２としているので、外殻１０Ｂの内外の圧力差をこの圧力型リリーフバルブ３２の設定圧力（０．１気圧）に抑え得ることとなる。
【００３４】
［第４実施例］
図４は本発明に係わる飛翔体のさらに他の実施例を示しており、図４に示すように、この再突入カプセル４１が先の実施例の再突入カプセル１と相違するところは、外殻１０Ｃの後端壁１１Ｃに形成したベントホール１２Ｃに、再突入時における所定の極超音速飛翔区間において減速加速度により閉塞作動して外殻１０Ｃ内外の空気の流通を遮断し、かつ、前記所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において外殻１０Ｃ内外の空気の流通を許容する加速度型リリーフバルブ５０を設けた点にある。
【００３５】
この加速度型リリーフバルブ５０は、後端壁１１Ｃに取り付けられてベントホール１２Ｃと外殻１０Ｃの内部とを連通するバルブケース５１と、バルブケース５１のシリンダ部５１ａに機軸方向（図示上下方向）に移動可能に収納されかつシリンダ部５１ａに形成した受座５１ｂと当接してベントホール１２Ｃと外殻１０Ｃの内部とを遮断するピストン５２と、バルブケース５１に収められてピストン５２に対してシリンダ部５１ａの受座５１ｂから離間する方向の力を付与するコイルばね５３を備えており、このコイルばね５３の弾性力は、所定の極超音速飛翔区間においてピストン５２が減速加速度（例えば、２Ｇ以上の減速加速度）を受けた際に生じる前進方向の慣性力よりも小さく設定してある。
【００３６】
この再突入カプセル４１では、打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、加速度型リリーフバルブ５０のピストン５２は、コイルばね５３から付与される弾性力により常時シリンダ部５１ａの受座５１ｂから離間した状態となっているので、図４（ａ）に細線および破線で示すように、ベントホール１２Ｃおよびバルブケース５１を通して外殻１０Ｃ内外の空気の流通が許容されることとなり、その結果、耐圧構造を用いることなく飛翔中の急激な外部圧力環境の変化に対応し得ることとなり、一方、再突入時には、所定の極超音速飛翔区間において、図４（ｂ）に示すように、ピストン５２が減速加速度を受けてコイルばね５３の弾性力に抗して前進して、シリンダ部５１ａの受座５１ｂと当接してベントホール１２Ｃと外殻１０Ｃの内部とを遮断することから、この所定の極超音速飛翔区間では、外部の高温空気が外殻１０Ｃの内部に流入することが阻止されることとなる。
【００３７】
また、この再突入カプセル４１では、所定の極超音速飛翔区間を除く打ち上げから帰還するまでの飛翔区間において、加速度型リリーフバルブ５０によって外殻１０Ｃ内外の空気の流通が常時許容されるため、所定の極超音速飛翔区間以外での急激な外部圧力環境の変化への対応が確実になされることとなる。
【００３８】
なお、本発明に係わる飛翔体の詳細な構成は上記した実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる飛翔体の一実施例を示す再突入カプセルの圧力分布グラフを重ね合わせた底面説明図（ａ）および縦断面説明図（ｂ）である。
【図２】本発明に係わる飛翔体の他の実施例を示す縦断面説明図である。
【図３】本発明に係わる飛翔体のさらに他の実施例を示す縦断面説明図である。
【図４】本発明に係わる飛翔体のさらに他の実施例を示す加速度型リリーフバルブにより外殻内部が大気開放されている状態の部分縦断面説明図（ａ）および加速度型リリーフバルブにより外殻内部が外部と遮断されている状態の部分縦断面説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１  再突入カプセル（飛翔体）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  外殻
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  後端壁
１２  ベントホール（内部圧力制御手段）
２２  電磁バルブ（内部圧力制御手段）
３２  圧力型リリーフバルブ（内部圧力制御手段）
５０  加速度型リリーフバルブ（内部圧力制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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