(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペイロード打上用ロケット内に収容されるペイロードをペイロードアダプタ側に支持すると共に、ペイロードに加わる振動を緩衝するペイロード制振機構であって、ペイロードアダプタ上面に備えられる環状の下部プラットフォームとペイロード下部に備えられる環状の上部プラットフォームとの間に、ペイロードの荷重を支持してロケットの機軸方向及び機軸と直角方向の振動を緩衝する周方向に複数配置された緩衝体と、振動の緩衝効果を高めるための周方向に複数配置されたセミアクティブダンパと、ペイロードのロッキングを防止するためのロケットの機軸と直交する面で２本が交差するように配置されたトーションバーとを備えており、前記２本のトーションバーのうちの一方のトーションバーの両端が下部プラットフォームに軸支され、該トーションバーの両端に備えた連結アームの夫々の端部がリンクレバーを介して上部プラットフォームに接続されており、他方のトーションバーの両端が上部プラットフォームに軸支され、該トーションバーの両端に備えた連結アームの夫々の端部がリンクレバーを介して下部プラットフォームに接続されていることを特徴とするペイロード制振機構。
【請求項２】
緩衝体が積層ゴムであることを特徴とする請求項１記載のペイロード制振機構。
【請求項３】
複数の緩衝体がロケットの機軸と平行に伸縮するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のペイロード制振機構。
【請求項４】
複数の緩衝体がペイロードの中心方向に伸縮するように傾斜配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のペイロード制振機構。
【請求項５】
セミアクティブダンパがスチュワート型に配置されていることを特徴とする請求項１記載のペイロード制振機構。
【請求項６】
セミアクティブダンパが略垂直に延びる垂直ダンパと周方向略水平に延びる水平ダンパとを組合わせた構成を有していることを特徴とする請求項１記載のペイロード制振機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペイロード打上用ロケット内に設けられるペイロード（人工衛星）をペイロードアダプタ側に支持するペイロード制振機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ペイロード（人工衛星）打上用ロケットは、図７に示すように、一段ロケット１の先端に設けられた分割可能なフェアリング２，２内に、二段ロケット３を収容した多段ロケットであり、その二段ロケット３の先端部にペイロードアダプタ４と称される支持部材を介してペイロード５を備えた構成を有する。
【０００３】
上記多段ロケットは、先ず一段ロケット１のエンジンを着火して一段ロケット１全体を上空の所定の高さまで打ち上げた後、その一段ロケット１の先端のフェアリング２，２を左右に開いて二段ロケット３を露出させ、次にこの二段ロケット３のエンジンを着火して一段ロケット１から分離し、この二段ロケット３側のエンジンの燃焼によって自ら推進して軌道上に達した後、その先端部に搭載されたペイロード５をペイロードアダプタ４から分離して軌道上に投入することでペイロード５の打ち上げが達成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ペイロード５は、図８に示すように、切離し機構が内蔵されている構造体６の下面を、ペイロードアダプタ４の上面に支持させた構成を有している。
【０００５】
このため、上述したように、打上時には一段ロケット１及び二段ロケット３の推進力により、ペイロード５全体にその高さ方向（機軸方向）に大きな振動が直接加わると同時に、推進時の空気との摩擦等によりロケット自体に径方向（機軸と直角方向）の振動が加わることになり、このためにペイロード５にロッキング（揺れ）Ｒが発生し、これによって、ペイロード５内部の機器等に悪影響を与える虞れがあるという問題がある。
【０００６】
上記ペイロード５の振動を緩衝するためには、ペイロード５を何らかの手段によりペイロードアダプタ４に支持することが考えられるが、ペイロード５は将来分離されるフェアリング２，２で包囲されているのみであって、ペイロード５の上部をペイロードアダプタ４側から支持することはできず、このためにペイロード５は図８中矢印で示すようなロッキングＲを生じ易い構造となっている。
【０００７】
従って、ペイロード５の振動を緩衝するような手段を講じても、緩衝手段によってペイロード５がロッキングＲを起こし、ロッキング幅が大きくなった場合には、ペイロード５とそれを包囲しているフェアリング２，２との相互間隔が狭いことによって、ペイロード５とフェアリング２，２とが接触するという問題も考えられる。
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ペイロードに加わる機軸方向及び機軸と直角方向の振動を効果的に緩衝して支持できるようにしたペイロード制振機構を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペイロード打上用ロケット内に収容されるペイロードをペイロードアダプタ側に支持すると共に、ペイロードに加わる振動を緩衝するペイロード制振機構であって、ペイロードアダプタ上面に備えられる環状の下部プラットフォームとペイロード下部に備えられる環状の上部プラットフォームとの間に、ペイロードの荷重を支持してロケットの機軸方向及び機軸と直角方向の振動を緩衝する周方向に複数配置された緩衝体と、振動の緩衝効果を高めるための周方向に複数配置されたセミアクティブダンパと、ペイロードのロッキングを防止するためのロケットの機軸と直交する面で２本が交差するように配置されたトーションバーとを備えており、前記２本のトーションバーのうちの一方のトーションバーの両端が下部プラットフォームに軸支され、該トーションバーの両端に備えた連結アームの夫々の端部がリンクレバーを介して上部プラットフォームに接続されており、他方のトーションバーの両端が上部プラットフォームに軸支され、該トーションバーの両端に備えた連結アームの夫々の端部がリンクレバーを介して下部プラットフォームに接続されていることを特徴とするペイロード制振機構、に係るものである。
【００１０】
上記緩衝体は、積層ゴムであってもよく、また、複数の緩衝体は、ロケットの機軸と平行に伸縮するように設けられていてもよく、ペイロードの中心方向に伸縮するように傾斜配置されていてもよい。
【００１１】
セミアクティブダンパは、スチュワート型に配置されていてもよく、略垂直に延びる垂直ダンパと周方向略水平に延びる水平ダンパとを組合わせた構成を有していてもよい。
【００１２】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝体によってペイロードに加わる機軸方向及び機軸と直角方向の振動を効果的に緩衝すると共に、セミアクティブダンパによってペイロードに加わる振動の緩衝効果を高めることができ、更にトーションバーによってペイロードに発生するロッキングも同時に効果的に抑制することができ、これにより、ロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロードの振動を効果的に緩衝してペイロードの内部機器への悪影響を大幅に低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１、図２は、図７、図８に示すロケットに適用した本発明のペイロード制振機構の形態例を示したもので、ペイロードアダプタ４の上面に設けるようにした環状の下部プラットフォーム７とペイロード５の下部に設けるようにした環状の上部プラットフォーム８との間に、ペイロード制振機構を配置している。
【００１５】
図１、図２に示すペイロード制振機構は、環状を有する下部プラットフォーム７の内側には、相互に１２０゜の角度を有して中心まで延びて先端が互いに固定された３本の下部補強フレーム１０が設けてあり、前記下部プラットフォーム７における下部補強フレーム１０が取付られた位置の３ヶ所（正三角形位置）には、下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８との間を接続してペイロード５の荷重を支持し、振動を緩衝するための積層ゴム１１からなる緩衝体１２を鉛直に配置している。
【００１６】
前記積層ゴム１１からなる緩衝体１２は、ゴム板と薄い鋼板とを交互に多数積層した構成を有するものであり、ロケットの機軸１３方向（上下方向）の大きな荷重を支持することができ、しかも機軸１３方向及び機軸１３と直角方向の変形によって振動を吸収できるようになっている。
【００１７】
図１では緩衝体１２の軸線がロケットの機軸１３と平行になるように設けた場合を示しているが、図３に示すように、緩衝体１２の軸線の夫々がペイロード５の中心部方向を向くようにロケットの機軸１３に対して所要の角度αで傾斜していても良い。このときの傾斜角度αは、緩衝体１２が向かう位置よりペイロード５の重心が下側になるようにすることが好ましい。このように緩衝体１２の軸線がペイロード５の中心を向くように傾斜させた配置とすると、緩衝体１２による機軸１３方向及び機軸１３と直角方向の振動を緩衝する作用と同時に、ペイロード５のロッキング抑制効果も高められる。
【００１８】
更に、図１、図２に示すように、上部プラットフォーム８の内側には、前記下部プラットフォーム７に設けられた下部補強フレーム１０に対して６０゜ずれた位置において、相互に１２０゜の角度を有して中心まで延びて先端が一体に固定された３本の上部補強フレーム１９が設けられており、前記下部補強フレーム１０における下部プラットフォーム７への取付部と、上部補強フレーム１９における上部プラットフォーム８への取付部との間には、スチュワート型に配置されたセミアクティブダンパ２０を設けている。
【００１９】
セミアクティブダンパ２０のスチュワート型の配置は、セミアクティブダンパ２０の一端を、下部補強フレーム１０の３本の脚部が下部プラットフォーム７へ取付けられている部分に回動自在に接続し、他端を、上部補強フレーム１９の３本の脚部が上部プラットフォーム８へ取付けられている部分に回動自在に接続した６本のセミアクティブダンパ２０により形成され、図１に示すように側方から見た際にはジグザクの形状を有し、図２に示すように上方から見た際には略環状を有するように配置される。
【００２０】
更に、下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８との間には、ペイロード５のロッキングを防止するためのロケットの機軸１３と直交する面で直角方向に２本のトーションバー２１，２２が設けられている。
【００２１】
即ち、一方のトーションバー２１は、下部プラットフォーム７上において直径方向に延び、その両端がブラケット２３により下部プラットフォーム７に回転可能に軸支され、該トーションバー２１の両端に備えた連結アーム２４，２５の夫々の端部がリンクレバー２６，２７を介して上部プラットフォーム８に回動自在に接続されている。また、他方のトーションバー２２の両端は、上部プラットフォーム８下において直径方向に延び、その両端がブラケット２８により上部プラットフォーム８に回転可能に軸支され、該トーションバー２２の両端に備えた連結アーム２９，３０の端部がリンクレバー３１，３２を介して下部プラットフォーム７に回動自在に接続されている。
【００２２】
上記図示例では、トーションバー２１を下部プラットフォーム７側に配置し、トーションバー２２を上部プラットフォーム８側に配置した場合について例示したが、複数のトーションバー２１，２２の両端を、下部プラットフォーム７又は上部プラットフォーム８の一方側に偏らせて軸支し、トーションバー２１，２２の両端に備えた連結アーム２４，２５，２９，３０の夫々の端部がリンクレバー２６，２７，３０，３１を介して上部プラットフォーム８又は下部プラットフォーム７に接続されるようにしても良い。
【００２３】
このとき、図２に示すように、リンクレバー２６とリンクレバー２７を結ぶ線、及びリンクレバー３１とリンクレバー３２を結ぶ線の夫々がロケットの機軸１３を通るように配置している。
【００２４】
図４はトーションバー２１を例にとってその動きを示したものであり、上部プラットフォーム８におけるリンクレバー２６，２７が接続されている部分が同時に同方向に上下した場合には、トーションバー２１は連結アーム２４，２５を介して自由に回転し、また上部プラットフォーム８におけるリンクレバー２６，２７が接続されている部分が異なった上下動を行おうとした場合には、連結アーム２４，２５の回動角度が変わることにより、トーションバー２１が捻られる。このときの捻じれ抵抗Ｋは
【数１】
Ｋ＝２（Ｌ／ｒ）2ＧＩp／Ｌ
Ｌ：トーションバーのリンクレバー間長さの半分
ｒ：連結アーム長さ
Ｇ：横弾性係数
Ｉp：断面極二次モーメント
である。上記したように、トーションバー２１，２２がロケットの機軸１３と直交する面で直角方向に２本備えられているので、トーションバー２１，２２の捻じれ抵抗Ｋによって、ペイロード５のロッキングＲが防止されるようになっている。
【００２５】
次に、上記形態例の作用を説明する。
【００２６】
図８に示したように、ロケットの推進力によってペイロードアダプタ４からペイロード５側に機軸方向及び機軸と直角方向の大きな振動が加わった場合には、図１、図２に示す緩衝体１２が圧縮、剪断変形することにより、下部プラットフォーム７から上部プラットフォーム８に伝わる振動を緩衝する。
【００２７】
更に、前記緩衝体１２による緩衝では、高周波の共振振動を遮断できない問題があるが、セミアクティブダンパ２０を備えているので、ダンパグレードを調節することによって、共振を解消し高周波の遮断特性を高めることができる。
【００２８】
更に、機軸１３と直角方向の振動が複雑に組み合わされてロッキング（揺れ）Ｒが発生した場合には、上部プラットフォーム８の片側が持ち上がるように傾斜しようとする。
【００２９】
例えば図４においてリンクレバー２７が接続されている側の上部プラットフォーム８が、リンクレバー２６が接続されている側に対して持ち上がるように傾斜しようとした場合は、トーションバー２１の連結アーム２４側は回転が固定され、連結アーム２５側のみがリンクレバー２７により引っ張られて上側に回転されることにより捻られ、回転運動に抵抗する。このとき、トーションバー２１，２２がロケットの機軸１３と直交する面で直角方向に交差して備えられているので、上部プラットフォーム８の傾きであるペイロード５の全方向のロッキングが抑制される。
【００３０】
上記したように、緩衝体１２によってペイロード５に加わる機軸１３方向及び機軸１３と直角方向の振動が効果的に緩衝されると共に、スチュワート型に配置されたセミアクティブダンパ２０によってペイロード５の振動緩衝効果が高められ、更にトーションバー２１，２２によってペイロード５に発生するロッキングも同時に効果的に抑制され、これにより、ロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロード５の振動を効果的に緩衝してペイロード５の内部機器への悪影響を大幅に低減することができる。また、ロケットのペイロード制振機構としては、軽量であることが望まれるが、前記形態例の構成によれば軽量な装置によって振動を緩衝することができる。
【００３１】
図５、図６は、セミアクティブダンパ２０の配置の他の形態例を示したものであり、略垂直に延びて下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８との間の周方向３ヶ所において２本ずつ計６本、ロケットの機軸１３と平行に設けた垂直ダンパ３３と、周方向３ヶ所において２本ずつ計６本の略周方向水平に延びて設けた水平ダンパ３４とを組合わせて配置した構成としている。図中３５は水平ダンパ３４を取付けるために下部プラットフォーム７に固定した取付ブロック、３６は上部プラットフォーム８から垂下した取付ブロックである。
【００３２】
図５、図６の構成においても、垂直ダンパ３３により機軸１３方向の振動を緩衝し、水平ダンパ３４により機軸１３と直角方向の振動を緩衝することができる。
【００３３】
尚、前記形態例では、前記緩衝体１２及びセミアクティブダンパ２０を三角配置した場合について例示したが、４ヶ所以上に配置するようにしてもよいこと、トーションバー２１，２２も３本以上設けるようにしても良いこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝体によってペイロードに加わる機軸方向及び機軸と直角方向の振動を効果的に緩衝すると共に、セミアクティブダンパによってペイロードに加わる振動の緩衝効果を高めることができ、更にトーションバーによってペイロードに発生するロッキングも同時に効果的に抑制することができ、これにより、ロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロードの振動を効果的に緩衝してペイロードの内部機器への悪影響を大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のペイロード制振機構の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】  図１の平面図である。
【図３】  緩衝体を傾斜配置した例を示す側面図である。
【図４】  トーションバーの作用を示す斜視図である。
【図５】  セミアクティブダンパの配置の他の例を示す平面図である。
【図６】  図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。
【図７】  ペイロード打上用のロケットの一例を示す概略側面図である。
【図８】  従来のペイロード支持部の一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
４  ペイロードアダプタ
５  ペイロード
７  下部プラットフォーム
８  上部プラットフォーム
１１  積層ゴム
１２  緩衝体
１３  ロケットの機軸
２０  セミアクティブダンパ
２１，２２    トーションバー
２４，２５    連結アーム
２６，２７    リンクレバー
２９，３０    連結アーム
３１，３２    リンクレバー
３３  垂直ダンパ
３４  水平ダンパ
【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】
0004211131.tif 000008
【図８】
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