(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体の機軸と直交する方向に配置したノズルと、
燃焼によりガスを発生する固体ガス発生剤を装填した円筒形の燃焼室と、
上記燃焼室の軸心に配置され、かつ、周壁にオリフィスを円周方向に沿って等角度間隔で複数設けた管体と、
管体内部に設けられ、その管体の周壁に接する円筒形状をなしかつ管体のオリフィスと重なり合って当該オリフィスを開放するバルブ側オリフィスを具備するとともに、その管体の軸心回りに回動可能なバルブと、
上記バルブを管体の軸心回りに回動させて、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを重なり合わせて当該オリフィスを開放することにより、燃焼室内の固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスを管体の軸心に向けて噴出させてノズルに流すようにしたことを特徴とする飛翔体のサイドスラスタ。
【請求項２】
固体ガス発生剤と、飛翔体の機軸と直交する方向に配置したノズルと、固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスをノズルに流す管体を備え、管体の周囲に固体ガス発生剤を配置し、管体の周壁にオリフィスを円周方向に沿って複数設けて固体ガス発生剤の燃焼によるガスを管体の軸心に向けて噴出可能とするとともに、管体内部に設けたバルブを管体の軸心回りに回動させてオリフィスを開閉可能とした飛翔体のサイドスラスタであって、
バルブは管体の周壁に接する円筒形状をなし、管体のオリフィスと重なり合って当該オリフィスを開放するバルブ側オリフィスを具備しているとともに、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを部分的に重なり合わせた状態で管体の軸心に向けて噴出するガスの流れをはく離させる切欠を管体のオリフィスに設けていることを特徴とする飛翔体のサイドスラスタ。
【請求項３】
円筒形状をなすバルブの内周面をテーパ面としたことを特徴とする請求項２に記載の飛翔体のサイドスラスタ。
【請求項４】
バルブは管体の複数のオリフィスを閉塞する突部を具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の飛翔体のサイドスラスタ。
【請求項５】
ノズルとして、管体の一方の端部側に設けた複数の進路変更用のノズルと、管体の他方の端部側に設けた複数の姿勢制御用のノズルを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の飛翔体のサイドスラスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛翔体の進路変更や姿勢制御を行うサイドスラスタに係わり、とくに、固体ガス発生剤の燃焼により生じたガスを作動源とする飛翔体のサイドスラスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したような飛翔体のサイドスラスタとしては、例えば、固体ガス発生剤を装填した燃焼室と、飛翔体の機軸と直交する方向に配置したノズルと、燃焼室内の固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスをノズルに流す管体と、管体の燃焼室とノズルとの間の部分に配置したガス流量制御機構を備えたものがあり、ガス流量制御機構には、管体内に固定したノズル部材と、このノズル部材のスロート部分に進退してガス流量を制御するピントルを具備したバルブ機構や、管体を直径方向に貫通する駆動軸と、この駆動軸により回動駆動されるロータリーバルブを備えたバルブ機構が用いられている。
【０００３】
この種のサイドスラスタに関しては、例えば、平成４年９月３０日に丸善が発行した『第２版・航空宇宙工学便覧』の第７２９頁〜第７３０頁に若干の記載がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来における飛翔体のサイドスラスタにおいて、ピントルやロータリーバルブに作用する管体を流れるガスの圧力が一方向に集中することから、すなわち、ピントルには軸方向への移動を妨げる負荷がかかり、ロータリーバルブには回動を妨げる負荷がかかることから、ピントルやロータリーバルブを駆動するのに大きなトルクを必要とし、その結果、駆動部が大型化してしまうという問題があり、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あり、大トルクを必要とすることなくガス流量制御を行うことができる飛翔体のサイドスラスタを提供することを目的としている。
【０００６】
請求項１に記載した発明は、飛翔体の機軸と直交する方向に配置したノズルと、燃焼によりガスを発生する固体ガス発生剤を装填した円筒形の燃焼室と、上記燃焼室の軸心に配置され、かつ、周壁にオリフィスを円周方向に沿って等角度間隔で複数設けた管体と、管体内部に設けられ、その管体の周壁に接する円筒形状をなしかつ管体のオリフィスと重なり合って当該オリフィスを開放するバルブ側オリフィスを具備するとともに、その管体の軸心回りに回動可能なバルブと、上記バルブを管体の軸心回りに回動させて、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを重なり合わせて当該オリフィスを開放することにより、燃焼室内の固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスを管体の軸心に向けて噴出させてノズルに流すようにしている。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、固体ガス発生剤と、飛翔体の機軸と直交する方向に配置したノズルと、固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスをノズルに流す管体を備え、管体の周囲に固体ガス発生剤を配置し、管体の周壁にオリフィスを円周方向に沿って複数設けて固体ガス発生剤の燃焼によるガスを管体の軸心に向けて噴出可能とするとともに、管体内部に設けたバルブを管体の軸心回りに回動させてオリフィスを開閉可能とした飛翔体のサイドスラスタであって、バルブは管体の周壁に接する円筒形状をなし、管体のオリフィスと重なり合って当該オリフィスを開放するバルブ側オリフィスを具備しているとともに、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを部分的に重なり合わせた状態で管体の軸心に向けて噴出するガスの流れをはく離させる切欠を管体のオリフィスに設けている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載した円筒形状をなすバルブの内周面をテーパ面としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載したバルブが管体の複数のオリフィスを閉塞する突部を具備したものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載したノズルとして、管体の一方の端部側に設けた複数の進路変更用のノズルと、管体の他方の端部側に設けた複数の姿勢制御用のノズルを備えている。
【００１１】
本発明に係わる飛翔体のサイドスラスタにおいて、管体およびバルブには、固体ガス発生剤の燃焼によって生じるガスをより一層高温にするうえで、Ｃ／Ｃ（炭素繊維強化炭素複合材料），Ｃ／ＳＩＣ（炭素繊維強化炭化ケイ素複合材料），ＳＩＣ／ＳＩＣ（炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材料），タングステン，モリブデンおよびジルコニアなどの材料を採用することが望ましく、また、Ｃ／Ｃ，Ｃ／ＳＩＣ，ＳＩＣ／ＳＩＣのうちのいずれかを用いる場合には、単体で使用することができるほか、オリフィスや突部に部分的に耐熱合金を使用することが可能であり、いずれもエロージョンに耐え得るものとなる。
【００１２】
【発明の作用】
請求項１に記載した発明では、燃焼室内に装填した固体ガス発生剤の燃焼によって生じたガスは、管体の周壁の複数のオリフィスを通して管体の軸心に向けて噴出するので、複数のオリフィスを通過するガスの圧力が互いに相殺されるうえ、オリフィスを開閉するバルブは管体の軸心回りに回動することから、バルブを駆動するのに必要なトルクが格段に少なくなり、駆動部、例えばモータの小型化が図られることとなる。
また、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを部分的に重ね合わせてガス流量制御を行う場合において、バルブにかかる負荷が少なくなる。
【００１３】
請求項２に記載した発明では、バルブ側オリフィスを管体の軸心に向けて通過するガスの流れがはく離して、バルブ側オリフィスの内周面にかかる圧力がほぼ均一化し、その結果、バルブを駆動するのに必要なトルクがより一層少なくなる。
【００１４】
請求項３に記載した発明では、バルブ側オリフィスを通過したガスが管体内を略螺旋状に流れることとなり、したがって、運動エネルギの損失が減って、混合損失の低減が図られる。
【００１５】
請求項４に記載した発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の飛翔体のサイドスラスタと同等の作用がもたらされるうえ、構造の簡略化が図られることとなる。
請求項５に記載した発明では、バルブを駆動することで流量が制御されたガスが両端のノズルにそれぞれ供給されることとなり、すなわち、一つのバルブだけでガス流量の制御がな
されることとなる。
従って、ガス流量制御の応答性が向上するのに伴って燃費が良くなり、加えて、ガス分岐管を用いることなく一つのバルブだけでガス流量の制御がなされるので、スペース効率が高く、設計の自由度が拡がることとなる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、バルブを駆動するのに必要なトルクを大幅に小さくすることができ、駆動部、例えば駆動用電源やモータの小型化を実現することが可能であるという非常に優れた効果が得られる。
また、管体のオリフィスとバルブ側オリフィスとを部分的に重ね合わせてガス流量制御を行う場合において、バルブにかかる負荷を少なくすることができる。
【００１７】
請求項２に記載した発明によれば、バルブを駆動するのに必要なトルクをより一層少なくすることができる。
【００１８】
請求項３に係わる飛翔体のサイドスラスタでは、上記した構成としたから、運動エネルギの損失を減らして、混合損失の低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果が得られる。
【００１９】
請求項４に記載した発明によれば、請求項１〜３に記載したものと同等の効果が得られるうえ、構造の簡略化を実現することができるという非常に優れた効果が得られる。
請求項５に記載した発明によれば、ガス流量制御の応答性の向上及びこれに伴う燃費の向上を実現でき、さらに、スペース効率の上昇及び設計の自由度の拡大をも実現することができるという非常に優れた効果を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１ないし図３は本発明に係わる飛翔体のサイドスラスタの一実施例を示している。
【００２２】
図１および図２に示すように、この飛翔体Ａのサイドスラスタ１は、燃焼によりガスを発生する固体ガス発生剤２を装填した燃焼室３と、飛翔体Ａのヨー軸Ｙ方向およびピッチ軸Ｚ方向（機軸Ｘと直交する方向）に配置した進路変更用の４個のノズル４（図１ではヨー軸Ｙ方向のノズル４のみ示す）と、燃焼室３内の固体ガス発生剤２の燃焼によって生じたガスをノズル４に流す管体５を備えており、固体ガス発生剤２には、例えば、ロケットモータの固体推進薬あるいはこれに類するものが用いられ、イグナイタ６により点火すると、ガスを発生させながら燃焼し続けるようになっている。
【００２３】
燃焼室３は、円筒形をなす圧力容器であって、管体５は燃焼室３の軸心上に設けてあり、すなわち、管体５の周囲に固体ガス発生剤２を配置しており、管体５のマニホルド７を介して進路変更用のノズル４を取り付けた一方の端部とは反対側の他方の端部には、マニホルド８を介して姿勢変更用の６個のノズル９（図２にのみ示す）が取り付けてある。
【００２４】
管体５の周壁５ａには、固体ガス発生剤２の燃焼によるガスを管体５の軸心Ｌに向けて噴出させる４個のオリフィス５ｂが円周方向に９０゜の間隔をおいて設けてあると共に、管体５の内部には、円筒形状をなして管体５の周壁５ａに接するバルブ１０が設けてあり、このバルブ１０はその中心に具備したボス部１０ａを管体５の軸心Ｌ上に設けたモータ１１の出力軸１１ａに固定することにより、モータ１１の作動によって管体５の軸心Ｌ回りに回動するようになっている。
【００２５】
バルブ１０は、管体５のオリフィス５ｂと重なり合って当該オリフィス５ｂを開放する４個のバルブ側オリフィス１０ｂを具備しており、管体５のオリフィス５ｂに対する各バルブ側オリフィス１０ｂの重なり具合を変更することにより、管体５に噴出するガスの流量を制御するようになっている。
【００２６】
この場合、図３（ａ）に示すように、管体５のオリフィス５ｂには切欠５ｃがそれぞれ設けてあり、バルブ側オリフィス１０ｂと部分的に重なり合わせた状態で管体５の軸心Ｌに向けて噴出するガスＧを切欠５ｃとは逆側ではく離させるようにしている。つまり、ガスＧを切欠５ｃに沿って流すことで、バルブ側オリフィス１０ｂの壁面からはく離させ、このはく離部分でガス圧を上昇させてバルブ側オリフィス１０ｂの壁面にかかる圧力をバランスさせることにより、バルブ１０の駆動力を一層低減することができるようにしている。
【００２７】
一方、図３（ｂ）に示すように、円筒形状をなすバルブ１０の内周面１０ｃは、バルブ側オリフィス１０ｂを通過したガスＧを略螺旋状に流すために進路変更用のノズル４に向けて内径が漸次大きくなるテーパ面として形成してある。
【００２８】
図２における符号１２は進路変更用のノズル４の開閉バルブ、符号１３は姿勢変更用のノズル９の開閉バルブ、符号１５はガス流量制御用のバルブ１０およびノズル４，９の各開閉バルブ１２，１３の開度を一括制御するコントローラである。
【００２９】
この飛翔体Ａのサイドスラスタ１において、イグナイタ６による点火により固体ガス発生剤２が燃焼を開始し、これにより生じたガスが管体５を介してノズル４，９に送給され、これらのノズル４，９から噴出する。
【００３０】
このとき、バルブ１０のバルブ側オリフィス１０ｂを管体５のオリフィス５ｂに重なり合わせて当該オリフィス５ｂを全開としておけば、燃焼室３における固体ガス発生剤２の燃焼圧力が小さくなり、これに伴って固体ガス発生剤２の燃焼が抑制されてガス発生量が減少するので、ノズル４，９から噴出するガスの流量は少ないものとなってガス消費量の節約、すなわち、燃費の低減が図られることとなり、しかも、飛翔体Ａの進路や姿勢に影響が及ぶことはない。
【００３１】
次に、進路変更や姿勢変更を行う必要がある場合には、バルブ１０を回動させて管体５のオリフィス５ｂに重ねた状態のバルブ側オリフィス１０ｂをずらし、管体５のオリフィス５ｂを例えば全閉すると、図４のグラフに示すように、燃焼室３における固体ガス発生剤２の燃焼圧力が上昇してその燃焼が促進され、この状態で管体５のオリフィス５ｂにバルブ側オリフィス１０ｂを再び部分的に重ね合わせると、図５のグラフに示すように、一旦減少していたガス発生量が一気に増加する。
【００３２】
これにより、所定時間だけ燃焼圧力が高く維持されて、多量のガスが管体５の内部に噴出し続けるので、この間に、開閉バルブ１２，１３を動作させて適宜ノズル４，９からガスを噴射させると、飛翔体Ａの進路変更あるいは姿勢変更が迅速に行われることとなる。
【００３３】
ここで、図４および図５のグラフにおける破線部分は、管体の進路変更用のノズル側にピントルを具備したバルブ機構を配置すると共に管体の姿勢変更用のノズル側に固定オリフィスを配置したサイドスラスタの応答性を示しており、このサイドスラスタでは固定オリフィスを採用している都合上、燃焼室内の圧力が上記したサイドスラスタ１程度に高くなることがなく、これに伴って、ガス流量も上記したサイドスラスタ１程度には増えないことが判る。
【００３４】
この飛翔体Ａのサイドスラスタ１において、固体ガス発生剤２の燃焼によって生じたガスは、管体５の周壁５ａに円周方向に９０゜の間隔をおいて配置した複数のオリフィス５ｂを通して管体５の軸心Ｌに向けて噴出するので、複数のオリフィス５ｂを通過するガスの圧力が互いに打ち消し合ううえ、オリフィス５ｂを開閉するバルブ１０は管体５の軸心Ｌ回りに回動することから、バルブ１０を駆動するのに必要なトルクが格段に少なくなり、駆動用電源やモータ１１の小型化が図られることとなる。
【００３５】
また、上記サイドスラスタ１のように、管体５の一方の端部側だけでなく他方の端部側にもノズル４，９を配置したものとすると、バルブ１０を駆動することでガスの流量が制御されたガスが両端部のノズル４，９にそれぞれ供給されることとなり、すなわち、一つのバルブ１０だけでガス流量の制御がなされることとなり、したがって、上述したように、ガス流量制御の応答性が向上するのに伴って燃費が良くなり、加えて、一つのバルブ１０だけでガス流量の制御がなされるので、スペース効率が高く、設計の自由度が拡がることとなる。
【００３６】
さらに、上記サイドスラスタ１において、管体５のオリフィス５ｂに切欠５ｃを設けているので、管体５のオリフィス５ｂとバルブ側オリフィス１０ｂとを部分的に重ね合わせてガス流量制御を行う場合には、バルブ側オリフィス１０ｂを管体５の軸心Ｌに向けて通過するガスの切欠５ｃとは逆側の流れがはく離して、バルブ側オリフィス１０ｂの内周面にかかる圧力がほぼ均一化し、その結果、バルブ１０を駆動するのに必要なトルクがより一層少なくなり、さらにまた、上記サイドスラスタ１において、円筒形状をなすバルブ１０の内周面１０ｃを進路変更用のノズル４に向けて内径が漸次大きくなるテーパ面として形成しているので、バルブ側オリフィス１０ｂを通過したガスが管体５内を略螺旋状に流れることとなり、したがって、運動エネルギの損失が減って、混合損失の低減が図られることとなる。
【００３７】
図６は本発明に係わる飛翔体のサイドスラスタの他の実施例を示している。
【００３８】
図６に部分的に示すように、この飛翔体Ａのサイドスラスタ２１が先の実施例によるサイドスラスタ１と相違するところは、管体５の内部に設けたバルブ３０が、管体５の複数のオリフィス５ｂを閉塞する突部３０ｂを具備して、全体で十字形状をなしている点にあり、他の構成は先の実施例によるサイドスラスタ１と同じである。
【００３９】
このサイドスラスタ２１のバルブ３０は、その中心に具備したボス部３０ａを管体５の軸心Ｌ上に設けた図外のモータの出力軸３１ａにピン３２を介して固定することにより、モータの作動によって管体５の軸心Ｌ回りに回動するようになっており、仮想線で示すように、突部３０ｂを管体５のオリフィス５ｂに合わせてその重なり具合を変更することにより、管体５に噴出するガスの流量を制御するようになっている。
【００４０】
この飛翔体Ａのサイドスラスタ２１においても、固体ガス発生剤２の燃焼によって生じたガスは、管体５の複数のオリフィス５ｂを通して管体５の軸心Ｌに向けて噴出するので、ガスの圧力が互いに打ち消され、加えて、オリフィス５ｂを開閉するバルブ３０は管体５の軸心Ｌ回りに回動するので、バルブ３０を駆動するのに必要なトルクが大幅に少なくなる。
【００４１】
また、上記サイドスラスタ２１では、ガス流量制御の応答性が向上すると共に、燃費が良くなり、さらに、スペース効率が高く、設計の自由度が拡がることとなり、加えて、構造の簡略化が図られることとなる。
【００４２】
本発明に係わる飛翔体のサイドスラスタの詳細な構成は、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サイドスラスタの一実施例を示す斜視断面説明図である。
【図２】図１における飛翔体のサイドスラスタのブロック説明図である。
【図３】図１に示した飛翔体のサイドスラスタのバルブ部分を径方向にカットした状態の断面説明図（ａ）およびバルブ部分を軸方向にカットした状態の断面説明図（ｂ）である。
【図４】図１における飛翔体のサイドスラスタのバルブの応答性を示す燃焼室の圧力と時間との関係を表すグラフである。
【図５】図１における飛翔体のサイドスラスタのバルブの応答性を示すガス流量と時間との関係を表すグラフである。
【図６】本発明に係わる飛翔体のサイドスラスタの他の実施例を示す十字形状をなすバルブの正面説明図である。
【符号の説明】
１  サイドスラスタ
２  固体ガス発生剤
４  進路変更用のノズル
５  管体
５ａ  管体の周壁
５ｂ  オリフィス
５ｃ  切欠
９  姿勢制御用のノズル
１０，３０  バルブ
１０ｂ  バルブ側オリフィス
１０ｃ  バルブの内周面
３０ｃ  突部
Ａ  飛翔体
Ｌ  管体の軸心
Ｘ  機軸
【図１】
0004305796.tif 000002
【図２】
0004305796.tif 000003
【図３】
0004305796.tif 000004
【図４】
0004305796.tif 000005
【図５】
0004305796.tif 000006
【図６】
0004305796.tif 000007