(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の振動及びロッキングを防止する緩衝シリンダ装置と、ペイロードの機軸と直角方向の振動を緩衝するための周方向略水平に複数配置した横向きのセミアクティブダンパとを備え、前記緩衝シリンダ装置は、周方向に複数配置された鉛直シリンダと、該鉛直シリンダの各荷重受油室に油路を介してヘッド側油室が夫々連通し、各ピストンがピストンロッドで直列に連結された前記鉛直シリンダと同数の直列シリンダと、直列シリンダ相互間に配置したセミアクティブダンパ及び緩衝バネとを有することを特徴とするペイロード制振機構。
【請求項２】
セミアクティブダンパが流体粘度調節ダンパ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】
セミアクティブダンパがサーボ弁式油圧ダンパ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４】
横向きのセミアクティブダンパが横向き緩衝バネを備え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５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６に示すように、切離し機構が内臓されている構造体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６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の振動及びロッキングを防止する緩衝シリンダ装置と、ペイロードの機軸と直角方向の振動を緩衝するための周方向略水平に複数配置した横向きのセミアクティブダンパとを備え、前記緩衝シリンダ装置は、周方向に複数配置された鉛直シリンダと、該鉛直シリンダの各荷重受油室に油路を介してヘッド側油室が夫々連通し、各ピストンがピストンロッドで直列に連結された前記鉛直シリンダと同数の直列シリンダと、直列シリンダ相互間に配置したセミアクティブダンパ及び緩衝バネとを有す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】
また、セミアクティブダンパは流体粘度調節ダンパであってもよく、サーボ弁式油圧ダンパであってもよく、また、横向きのセミアクティブダンパは横向き緩衝バネを備えていてもよい。
【００１１】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝シリンダ装置によってペイロードに加わる機軸方向の振動を効果的に緩衝することができると共に、横向きセミアクティブダンパによってペイロードに加わる機軸と直角方向の振動を緩衝することができ、これによりペイロードのロッキングも同時に抑制でき、よって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。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は、図６に示すロケットに適用した本発明の実施の形態の一例を示したもので、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。
【００１４】
図１に示すペイロード制振機構は、環状の下部プラットフォーム７と環状の上部プラットフォーム８との間における周方向等間隔の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の荷重を支持してロケット機軸Ｓ方向の振動を緩衝し、且つペイロード５のロッキングを防止するための緩衝シリンダ装置１０を設ける。
【００１５】
上記緩衝シリンダ装置１０は、図１、図２に示すように、周方向等間隔位置に配置された３本の鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、該鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃに接続された同数の直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを備えている。
【００１６】
直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、夫々のピストン１３が一直線状になるようにピストンロッド１４によって直列に連結された構成を有しており、前記鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各荷重受油室１５に、対応している直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのヘッド側油室１６が油路１７を介して連通している。
【００１７】
更に、直列シリンダ１２ａのピストン１３と直列シリンダ１２ｂとの間には緩衝バネ１８とセミアクティブダンパ９を設け、また直列シリンダ１２ｂのピストン１３と直列シリンダ１２ｃの間にも同一の弾撥力を有する緩衝バネ１８とセミアクティブダンパ９を設けている。
【００１８】
また、前記下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８との間における周方向等間隔の３ヶ所には、下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８に設けた固定ブロック７ａ，８ａ間に位置して略水平方向に延びてペイロード５の機軸Ｓと直角方向の振動を緩衝する横向きのセミアクティブダンパ１９を設けている。図中１９Ａは、横向きのセミアクティブダンパ１９の夫々に設けた横向き緩衝バネである。
【００１９】
図３はセミアクティブダンパ９，１９として用いられる流体粘度調節ダンパ２７の例を示したものであり、流体粘度調節ダンパ２７は、シリンダ２０の内部に、ピストンロッド２１に支持され且つシリンダ２０内壁と所要の隙間２２を有して移動可能な電磁石２３を備えたピストン２４を備えており、前記シリンダ２０の内部には、油などの液体にフェライト粒子などの磁性粉末を混合した磁性流体２５が充填されている。図３の構成において、電線２６及びピストンロッド２１を介して前記電磁石２３に電流を流すことにより、電磁石２３によって隙間２２を含めて外部に磁場を形成できるようになっている。図３の流体粘度調節ダンパ２７では、電磁石２３によって磁場が形成されると、隙間２２を流れる磁性流体２５の抵抗が増加され、従って電磁石２３に供給する電圧を変化させて電磁石２３による磁場の強さを制御することにより、ピストン２４の移動抵抗を任意に調節することができるようになっている。
【００２０】
また、図４はセミアクティブダンパ９，１９として用いられるサーボ弁式油圧ダンパ４０の例を示したものであり、サーボ弁式油圧ダンパ４０は、油が充填されたシリンダ２８の内部に、ピストンロッド２９に支持されたピストン３０が移動自在に備えられており、シリンダ２８の一方の室３１に連通する油路３２と、シリンダ２８の他方の室３３に連通する油路３４との間に、油路３４の開口部３５の開口割合を調節する調節弁体３６を備えたスプール３７が設けられている。該スプール３７の軸方向の移動位置が入力電圧３８によりサーボ弁３９を介して調節できるようになっている。図４のサーボ弁式油圧ダンパ４０では、サーボ弁３９にてスプール３７を移動させ調節弁体３６により油路３４の開口部３５の開口割合を調節すると、油路３２，３４間を流動する油の抵抗を変化させて、ピストン３０の移動抵抗を任意に調節することができるようになっている。
【００２１】
次に、上記形態例の作用を説明する。
【００２２】
図６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側にロケット機軸Ｓ方向の大きな振動が加わった場合には、図１、図２に示す緩衝シリンダ装置１０の鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが収縮変形し、各鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの変形分の油が荷重受油室１５から油路１７を介して各直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのヘッド側油室１６に流入して、ピストン１３を移動させようとするが、直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの相互間に備えられたセミアクティブダンパ９及び緩衝バネ１８によってピストン１３の動きが抑制される。これにより、下部プラットフォーム７から上部プラットフォーム８に伝わるロケット機軸Ｓ方向の振動が効果的に緩衝される。
【００２３】
一方、ロケット推進時における空気との摩擦によって、ペイロードアダプタ４又はペイロード５側に機軸Ｓと直角方向の振動が複合的に作用することによってペイロード５をロッキングさせる力が発生しようとする。
【００２４】
上記において、下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８とが相対的に傾く、即ちロッキングが発生しようとした場合、ピストン１３がピストンロッド１４により連結されて一体に移動するようになっている直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのヘッド側油室１６に、対応する鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各荷重受油室１５が油路１７にて連通された構成を有しているので、鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは常に同時に伸縮して別個の動きをすることができない。このために、下部プラットフォーム７と上部プラットフォーム８とは相対的に傾くことがなく、ペイロード５のロッキングを確実に防止することができる。
【００２５】
ペイロードアダプタ４又はペイロード５側に機軸Ｓと直角方向の振動が加わった場合は、図１の周方向略水平に複数配置されている横向きのセミアクティブダンパ１９によって効果的に緩衝される。
【００２６】
即ち、ペイロード５の絶対加速度・速度を加速度センサにより検出するようにし、検出された絶対加速度・速度を用いて、図３の流体粘度調節ダンパ２７による電磁石２３の磁場の強さを調節したり、また、図４のサーボ弁式油圧ダンパ４０のスプール３７により調節弁体３６の位置を調節して、セミアクティブダンパ９及び横向きのセミアクティブダンパ１９のダンパグレードを変化させる。これにより、セミアクティブダンパ９及び横向きのセミアクティブダンパ１９の応答周波数が変化し、ペイロード５の機軸Ｓと直角方向の振動を効果的に緩衝できる。セミアクティブダンパ１９には、緩衝バネ１９Ａが設けられているので、ペイロード５は大きく移動することなく、常に初期の原点位置に保持されるように緩衝される。また、緩衝シリンダ装置１０を構成している鉛直シリンダ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及び直列シリンダ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、軽量で応答性に優れており、ペイロード５の制振機構として好適に用いることができる。
【００２７】
上記したように、緩衝シリンダ装置１０によってペイロード５の重量を支持し且つペイロード５に加わるロケット機軸Ｓ方向の振動を効果的に緩衝すると共に、ペイロード５のロッキングを防止することができ、更に、横向きのセミアクティブダンパ１９によってペイロード５に加わる機軸Ｓと直角方向の振動を防止でき、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、前記形態例では、軽量で簡略な装置構成によってペイロード５の振動を効果的に緩衝でき、これにより設計も容易になる。
【００２８】
尚、前記形態例では、前記緩衝シリンダ装置１０及び横向きのセミアクティブダンパ１９は三角配置した場合について例示したが、四角形配置或いはそれ以上としてもよいこと、セミアクティブダンパ９及び横向きのセミアクティブダンパ１９には、図示以外の種々の流体粘度調節ダンパ２７及びサーボ弁式油圧ダンパ４０が採用できること、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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝シリンダ装置によってペイロードに加わる機軸方向の振動を効果的に緩衝することができると共に、横向きのセミアクティブダンパによってペイロードに加わる機軸と直角方向の振動を緩衝することができ、これによりペイロードのロッキングも同時に抑制でき、よって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実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】  図１における緩衝シリンダ装置の一例を示す回路構成図である。
【図３】  流体粘度調節ダンパによるセミアクティブダンパの例を示す概略切断側面図である。
【図４】  サーボ弁式油圧ダンパによるセミアクティブダンパの例を示す概略切断側面図である。
【図５】  ペイロード打上用ロケットの一例を示す概略側面図である。
【図６】  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
９  セミアクティブダンパ
１０  緩衝シリンダ装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ        鉛直シリンダ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ        直列シリンダ
１３  ピストン
１４  ピストンロッド
１５  荷重受油室
１６  ヘッド側油室
１７  油路
１８  緩衝バネ
１９  セミアクティブダンパ
１９Ａ        緩衝バネ
２７  流体粘度調節ダンパ
４０  サーボ弁式油圧ダンパ
【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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