JP2001129917A - 減衰要素内蔵型複合構造体要素 - Google Patents
減衰要素内蔵型複合構造体要素Info
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- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
Abstract
(57)【要約】
【解決課題】 減衰能要素内蔵型複合構造体要素を提供
する。 【解決手段】 減衰要素内蔵型複合構造体要素は、複数
のフィラメント（１８）で強化された非金属マトリック
ス（１５）で形成される。要素の振動を減衰させるた
め、マトリックス及びフィラメントの少なくとも１個に
は少なくとも１％の固有減衰能を有する軽金属が設けら
れている。軽金属は、マグネシウム合金又はアルミニウ
ム合金であり、フィラメント（１８）及び／又は多孔性
マトリックス（１６）の孔（２２）上にコーティングさ
れる。
する。 【解決手段】 減衰要素内蔵型複合構造体要素は、複数
のフィラメント（１８）で強化された非金属マトリック
ス（１５）で形成される。要素の振動を減衰させるた
め、マトリックス及びフィラメントの少なくとも１個に
は少なくとも１％の固有減衰能を有する軽金属が設けら
れている。軽金属は、マグネシウム合金又はアルミニウ
ム合金であり、フィラメント（１８）及び／又は多孔性
マトリックス（１６）の孔（２２）上にコーティングさ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、減衰要素内蔵型複
合構造体要素に関する。これは、スペースクラフト、エ
アクラフト構造体、自動車、精密機械などにおける高価
な構造的−音響的能動制御システム(active structural
-acoustic control system)並びに非音響的妨害能動制
御システム(active control non-acoustic disturbance
control system)の必要性を最小化し、及びある場合に
は排除するものである。本発明はさらに、複合構造体要
素を利用する装置及び製造方法に関する。
合構造体要素に関する。これは、スペースクラフト、エ
アクラフト構造体、自動車、精密機械などにおける高価
な構造的−音響的能動制御システム(active structural
-acoustic control system)並びに非音響的妨害能動制
御システム(active control non-acoustic disturbance
control system)の必要性を最小化し、及びある場合に
は排除するものである。本発明はさらに、複合構造体要
素を利用する装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スペースクラフトの打ち上げ中、スペー
スクラフトの複合ペイロード整形を含む複合構造体は、
広範囲の周波数帯、高レベル加速妨害（high level acc
eleration disturbances）を受ける。スペースクラフト
のすべての複合成分は、これらの振動を抑制する十分な
減衰能を有していないので、スペースクラフトは能動的
に制御されなければならない。例えば、米国特許第５，
６５５，７５７号は、パーツの相対振動に抵抗する能動
的に制御されたダンパーを開示する。この特許は、特
に、ペイロード及びロケット打ち上げ車輌のアダプター
器具の間の振動を減衰するためのリング形状の構造体を
有する能動的に制御されたダンパーに向けられている。
スクラフトの複合ペイロード整形を含む複合構造体は、
広範囲の周波数帯、高レベル加速妨害（high level acc
eleration disturbances）を受ける。スペースクラフト
のすべての複合成分は、これらの振動を抑制する十分な
減衰能を有していないので、スペースクラフトは能動的
に制御されなければならない。例えば、米国特許第５，
６５５，７５７号は、パーツの相対振動に抵抗する能動
的に制御されたダンパーを開示する。この特許は、特
に、ペイロード及びロケット打ち上げ車輌のアダプター
器具の間の振動を減衰するためのリング形状の構造体を
有する能動的に制御されたダンパーに向けられている。
【０００３】スペースクラフトの修正時間を短縮するた
めに別の問題が生じる。非常に低い固有周波数を有する
減衰されていないシステム(undamped system)は、スペ
ースクラフトの旋回中に、望ましくない長い修正時間を
必要とする。
めに別の問題が生じる。非常に低い固有周波数を有する
減衰されていないシステム(undamped system)は、スペ
ースクラフトの旋回中に、望ましくない長い修正時間を
必要とする。
【０００４】
【解決しようとする課題】本発明の目的は、高価な構造
的−音響的能動制御システム及び非音響的妨害能動制御
システムの必要性を最小化し又は場合によっては排除す
る改良された減衰要素内蔵型複合構造体要素を提供する
ことにある。本発明の複合構造体要素は、スペースクラ
フトに用いることが特に有利であるが、エアークラフ
ト、自動車及び精密機械にも有利に用いることができ
る。
的−音響的能動制御システム及び非音響的妨害能動制御
システムの必要性を最小化し又は場合によっては排除す
る改良された減衰要素内蔵型複合構造体要素を提供する
ことにある。本発明の複合構造体要素は、スペースクラ
フトに用いることが特に有利であるが、エアークラフ
ト、自動車及び精密機械にも有利に用いることができ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によ
れば、減衰要素内蔵型複合構造体要素は、非金属マトリ
ックスと、上記マトリックス内にありマトリックスを強
化する複数のフィラメントと、振動を減衰させるため上
記マトリックス及びフィラメントの少なくとも一方に設
けられた少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金
属と、を備える。開示された実施形態において、軽量な
金属は、好ましくは、マグネシウム合金及びアルミニウ
ム合金から成る群より選択される。優れた減衰能を得る
ために、最も好ましくは、０．１〜１０重量％のジルコ
ニウムと残りが基本的にマグネシウムからなるマグネシ
ウム合金が利用される。
れば、減衰要素内蔵型複合構造体要素は、非金属マトリ
ックスと、上記マトリックス内にありマトリックスを強
化する複数のフィラメントと、振動を減衰させるため上
記マトリックス及びフィラメントの少なくとも一方に設
けられた少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金
属と、を備える。開示された実施形態において、軽量な
金属は、好ましくは、マグネシウム合金及びアルミニウ
ム合金から成る群より選択される。優れた減衰能を得る
ために、最も好ましくは、０．１〜１０重量％のジルコ
ニウムと残りが基本的にマグネシウムからなるマグネシ
ウム合金が利用される。
【０００６】本発明の第１の実施形態による複合構造体
要素は、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金
属で被覆された複数のフィラメントを取り巻くプラスチ
ックマトリックスを含む。フィラメント上のコーティン
グの厚みは、好ましくは、フィラメントの直径の０．１
〜１００倍の間である。
要素は、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金
属で被覆された複数のフィラメントを取り巻くプラスチ
ックマトリックスを含む。フィラメント上のコーティン
グの厚みは、好ましくは、フィラメントの直径の０．１
〜１００倍の間である。
【０００７】本発明の第２の実施形態の複合構造体要素
は、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
充填された孔を有する多孔性の非金属マトリックスを含
む。開示された実施形態において、多孔性マトリックス
は、フィラメントで強化された炭素質材料、例えば、炭
素繊維である。これは、少なくとも１％の固有減衰能を
有する軽量な金属で被覆されていてもよい。
は、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
充填された孔を有する多孔性の非金属マトリックスを含
む。開示された実施形態において、多孔性マトリックス
は、フィラメントで強化された炭素質材料、例えば、炭
素繊維である。これは、少なくとも１％の固有減衰能を
有する軽量な金属で被覆されていてもよい。
【０００８】複合構造体要素のフィラメントは、巻構造
体のように一方向に延びる連続長尺物であってもよい
し、又はフィラメントの織布を用いるように二方向に延
びるものでもよい。別の変形例としては、フィラメント
は、比較的短く、マトリックス内でランダムな方向に向
けられていてもよい。フィラメントは、好ましくは、開
示された実施形態にあるように非金属マトリックス内に
埋設された炭素繊維であるが、ガラス繊維やアラミド繊
維など他の強化繊維を用いることもできる。
体のように一方向に延びる連続長尺物であってもよい
し、又はフィラメントの織布を用いるように二方向に延
びるものでもよい。別の変形例としては、フィラメント
は、比較的短く、マトリックス内でランダムな方向に向
けられていてもよい。フィラメントは、好ましくは、開
示された実施形態にあるように非金属マトリックス内に
埋設された炭素繊維であるが、ガラス繊維やアラミド繊
維など他の強化繊維を用いることもできる。
【０００９】複合構造体要素を利用する本発明の装置
は、アダプターインターフェース器具を含むロケット打
ち上げ車輌と、上記アダプターインターフェース器具に
よって上記ロケット打ち上げ車輌上に載置されたロケッ
トペイロードと、上記ロケットペイロード及び上記アダ
プターインターフェース器具の間に位置づけられていて
上記ロケット打ち上げ車輌及び上記ロケットペイロード
の間の振動を減衰させるダンパーと、を備える。ダンパ
ーは、振動を減衰させるため、少なくとも１個の本発明
による複合構造体要素を含む。
は、アダプターインターフェース器具を含むロケット打
ち上げ車輌と、上記アダプターインターフェース器具に
よって上記ロケット打ち上げ車輌上に載置されたロケッ
トペイロードと、上記ロケットペイロード及び上記アダ
プターインターフェース器具の間に位置づけられていて
上記ロケット打ち上げ車輌及び上記ロケットペイロード
の間の振動を減衰させるダンパーと、を備える。ダンパ
ーは、振動を減衰させるため、少なくとも１個の本発明
による複合構造体要素を含む。
【００１０】本発明はさらに、構造的−音響的能動制御
システム及び非音響的妨害能動制御システムの必要性を
最小化し又は場合によっては排除するため高い固有減衰
能を有する本発明の複合構造体要素で形成されたスペー
スクラフト用の整形、特に、ロケット、スペースクラフ
トバス及びロケットのダンパー要素の整形を含む。
システム及び非音響的妨害能動制御システムの必要性を
最小化し又は場合によっては排除するため高い固有減衰
能を有する本発明の複合構造体要素で形成されたスペー
スクラフト用の整形、特に、ロケット、スペースクラフ
トバス及びロケットのダンパー要素の整形を含む。
【００１１】本発明のさらに別の実施形態における減衰
要素内蔵型複合構造体要素は、金網及び上記金網上に設
けられていて要素の振動を減衰させるための少なくとも
１％の固有減衰能を有する軽量な金属を備える。開示さ
れた実施形態において、金網は、衛星アンテナの金網で
ある。金網の上には、マグネシウム合金及びアルミニウ
ム合金から成る群より選択された少なくとも１％の固有
減衰能を有する軽量な金属が、アンテナの振動を減衰さ
せるために設けられている。本発明の減衰要素内蔵型複
合構造体要素を製造する方法は、意図された目的に用い
られる場合に妨害を受ける構造体部材を準備するステッ
プと、上記構造体部材の使用中にその妨害を減衰させる
ため、上記構造体部材上に少なくとも１％の固有減衰能
を有する軽量な金属を設けるステップと、を備える。
要素内蔵型複合構造体要素は、金網及び上記金網上に設
けられていて要素の振動を減衰させるための少なくとも
１％の固有減衰能を有する軽量な金属を備える。開示さ
れた実施形態において、金網は、衛星アンテナの金網で
ある。金網の上には、マグネシウム合金及びアルミニウ
ム合金から成る群より選択された少なくとも１％の固有
減衰能を有する軽量な金属が、アンテナの振動を減衰さ
せるために設けられている。本発明の減衰要素内蔵型複
合構造体要素を製造する方法は、意図された目的に用い
られる場合に妨害を受ける構造体部材を準備するステッ
プと、上記構造体部材の使用中にその妨害を減衰させる
ため、上記構造体部材上に少なくとも１％の固有減衰能
を有する軽量な金属を設けるステップと、を備える。
【００１２】これらの目的及び他の目的、並びに本発明
の特徴及び利点は、本発明による幾つかの実施形態を示
す添付図面を参照することによって、以下の説明から明
らかになるであろう。
の特徴及び利点は、本発明による幾つかの実施形態を示
す添付図面を参照することによって、以下の説明から明
らかになるであろう。
【００１３】
【好ましい実施形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
【００１４】図１〜図３に示されている本発明による装
置１は、アダプターインターフェース器具３を含むロケ
ット打ち上げ車輌２を備える。ロケットペイロード４
は、アダプターインターフェース器具３によって、ロケ
ット打ち上げ車輌２上に載置されている。本発明のダン
パー５は、ロケットペイロード及びアダプターインター
フェース器具の間に位置づけられていて、ロケット打ち
上げ車輌及びロケットペイロードの間の振動を減衰させ
る。
置１は、アダプターインターフェース器具３を含むロケ
ット打ち上げ車輌２を備える。ロケットペイロード４
は、アダプターインターフェース器具３によって、ロケ
ット打ち上げ車輌２上に載置されている。本発明のダン
パー５は、ロケットペイロード及びアダプターインター
フェース器具の間に位置づけられていて、ロケット打ち
上げ車輌及びロケットペイロードの間の振動を減衰させ
る。
【００１５】ロケット打ち上げ車輌２は、上端部６及び
下端部（図示せず）を有するほぼ筒状断面を有する。ペ
イロードアダプター器具３は、公知の態様で、打ち上げ
車輌２の上端部６に固定されている。打ち上げ車輌２
と、ロケットペイロード４と、ペイロードアダプター器
具３とは、長手方向軸７に沿って並んでいる。図２を参
照すれば、アダプターインターフェース器具３は、両側
の円形端部８及び９を有する円錐台形状である。円形端
部８は、円形端部９の直径よりも大きな直径を有する。
打ち上げ車輌２の上端部６は、アダプターインターフェ
ース器具３の円形端部８にしっかりと連結されている。
下端部（図示せず）を有するほぼ筒状断面を有する。ペ
イロードアダプター器具３は、公知の態様で、打ち上げ
車輌２の上端部６に固定されている。打ち上げ車輌２
と、ロケットペイロード４と、ペイロードアダプター器
具３とは、長手方向軸７に沿って並んでいる。図２を参
照すれば、アダプターインターフェース器具３は、両側
の円形端部８及び９を有する円錐台形状である。円形端
部８は、円形端部９の直径よりも大きな直径を有する。
打ち上げ車輌２の上端部６は、アダプターインターフェ
ース器具３の円形端部８にしっかりと連結されている。
【００１６】ダンパー５は、長手方向軸７に沿って置か
れていて、図３に示すようにアダプターインターフェー
ス器具３の円形端部９及びペイロード４の間に作用的に
連結されている。ダンパー５は、アダプターインターフ
ェース器具３の円形端部９と係合した第１のプラットホ
ーム表面１１を有する第１のリング形状部材１０を含
む。ダンパー５は、さらに、ロケットペイロード４と係
合するための第２のプラットホーム表面１３を有する第
２のリング形状部材１２をも含む。
れていて、図３に示すようにアダプターインターフェー
ス器具３の円形端部９及びペイロード４の間に作用的に
連結されている。ダンパー５は、アダプターインターフ
ェース器具３の円形端部９と係合した第１のプラットホ
ーム表面１１を有する第１のリング形状部材１０を含
む。ダンパー５は、さらに、ロケットペイロード４と係
合するための第２のプラットホーム表面１３を有する第
２のリング形状部材１２をも含む。
【００１７】本発明による一連の複合構造体要素１４
は、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の周縁
の間で且つ周縁に沿って設けられている。複合構造体要
素１４は、第１及び第２のリング形状部材の周りで互い
に等間隔に離隔している。各複合構造体要素１４の構成
は、開示された実施形態において同じであり、それぞれ
基本的に、例えば米国特許第５，６５５，７５７号明細
書に開示されているタイプの能動制御型ダンパーの必要
性を最小化又は排除する減衰要素内蔵型のブロック形状
を有する。要素は、図２に示すように、第２のリング形
状部材１２の両側に把持されて要素１４を伸ばす囲包体
部材３０によって、部材１０及び１２の間に保持されて
いる。構成成分の他の締結装置又は結合装置もまた、要
素１４を定置に固着するために用いられる。
は、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の周縁
の間で且つ周縁に沿って設けられている。複合構造体要
素１４は、第１及び第２のリング形状部材の周りで互い
に等間隔に離隔している。各複合構造体要素１４の構成
は、開示された実施形態において同じであり、それぞれ
基本的に、例えば米国特許第５，６５５，７５７号明細
書に開示されているタイプの能動制御型ダンパーの必要
性を最小化又は排除する減衰要素内蔵型のブロック形状
を有する。要素は、図２に示すように、第２のリング形
状部材１２の両側に把持されて要素１４を伸ばす囲包体
部材３０によって、部材１０及び１２の間に保持されて
いる。構成成分の他の締結装置又は結合装置もまた、要
素１４を定置に固着するために用いられる。
【００１８】リング形状ダンパー５の各複合構造体要素
１４は、図４に示す本発明の形態において、非金属マト
リックス１７と、複数のフィラメント１８と、要素の振
動を減衰させるため複合構造体要素のフィラメント上に
設けられた少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な
金属１９とを有する。非金属マトリックス１７は、好ま
しくは、射出成形可能である例えばエポキシ樹脂などの
樹脂材料である。さもなければ、フィラメント１８上に
軽量な金属コーティグ１９が設けられていて、複合構造
体要素を形成するものでもよい。
１４は、図４に示す本発明の形態において、非金属マト
リックス１７と、複数のフィラメント１８と、要素の振
動を減衰させるため複合構造体要素のフィラメント上に
設けられた少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な
金属１９とを有する。非金属マトリックス１７は、好ま
しくは、射出成形可能である例えばエポキシ樹脂などの
樹脂材料である。さもなければ、フィラメント１８上に
軽量な金属コーティグ１９が設けられていて、複合構造
体要素を形成するものでもよい。
【００１９】複合構造体要素１４のフィラメント１８
は、開示された実施形態においては、炭素繊維である
が、他の材料のフィラメントも上述のように用いること
ができる。図４におけるフィラメント１８は、マトリッ
クス１７内に一方向に延びる。フィラメントの長さは、
複合構造体要素の長手方向に沿って連続的であっても良
い。あるいは、フィラメント１８は、図７に示すよう
に、マトリックス内に二方向に延びるフィラメントの織
布の形態２８であっても良い。本発明の別の形態におい
て、フィラメントは、比較的短い長さを有する切断され
た繊維で、図５の実施形態に関して２４で示されるよう
にマトリックス内でランダムな方向に向いていても良
い。
は、開示された実施形態においては、炭素繊維である
が、他の材料のフィラメントも上述のように用いること
ができる。図４におけるフィラメント１８は、マトリッ
クス１７内に一方向に延びる。フィラメントの長さは、
複合構造体要素の長手方向に沿って連続的であっても良
い。あるいは、フィラメント１８は、図７に示すよう
に、マトリックス内に二方向に延びるフィラメントの織
布の形態２８であっても良い。本発明の別の形態におい
て、フィラメントは、比較的短い長さを有する切断され
た繊維で、図５の実施形態に関して２４で示されるよう
にマトリックス内でランダムな方向に向いていても良
い。
【００２０】図４の複合構造体要素１４におけるフィラ
メント１８は、それぞれ、要素の振動を減衰させるた
め、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
コーティングされている。軽量な金属は、好ましくは、
マグネシウム合金及びアルミニウム合金から成る群より
選択される。下記表１は、ＡＳＴＭ指定によるアルミニ
ウム合金及びマグネシウム合金のリストを種々のレベル
の応力下での％で表す固有減衰能と共に示す。これら
は、要素の振動を減衰させるため、１以上の応力レベル
において少なくとも１％の固有減衰能を与える。
メント１８は、それぞれ、要素の振動を減衰させるた
め、少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
コーティングされている。軽量な金属は、好ましくは、
マグネシウム合金及びアルミニウム合金から成る群より
選択される。下記表１は、ＡＳＴＭ指定によるアルミニ
ウム合金及びマグネシウム合金のリストを種々のレベル
の応力下での％で表す固有減衰能と共に示す。これら
は、要素の振動を減衰させるため、１以上の応力レベル
において少なくとも１％の固有減衰能を与える。
【００２１】
【表１】
【００２２】軽量な金属１９は、蒸着又はファイバーを
溶融マグネシウム合金又はアルミニウム合金でぬらす慣
用の技術によって、要素１４の炭素繊維１８によってコ
ーティングされる。ファイバー１８は、好ましくは、炭
素繊維１８の直径の０．１〜１００倍の間の厚みを有す
る金属１９でコーティングされる。コーティング１９
は、最も好ましくは、９０〜９９．９重量％のマグネシ
ウムと１０〜０．１重量％のジルコニウムとからなるマ
グネシウム−ジルコニウム合金である。これらの合金
は、優れた減衰能、例えば、振動エネルギーを弾性的に
吸収して、振動が金属を貫通して伝播しないようにする
能力を有する。固有減衰能は、吸収された最大エネルギ
ーに対するエネルギー損失の割合として規定される。表
１に挙げたアルミニウム合金を含む他の合金は、フィラ
メントを成功裡にコーティングするために用いることが
できる。本発明の複合構造体要素１４は、最も有利な構
造体として高い剛性を有し、同時に、リング形状ダンパ
ー５を構成するために用いるための十分な減衰能を有す
ることが見いだされている。構造体における減衰量は、
複合構造体構成要素によって制御可能である。
溶融マグネシウム合金又はアルミニウム合金でぬらす慣
用の技術によって、要素１４の炭素繊維１８によってコ
ーティングされる。ファイバー１８は、好ましくは、炭
素繊維１８の直径の０．１〜１００倍の間の厚みを有す
る金属１９でコーティングされる。コーティング１９
は、最も好ましくは、９０〜９９．９重量％のマグネシ
ウムと１０〜０．１重量％のジルコニウムとからなるマ
グネシウム−ジルコニウム合金である。これらの合金
は、優れた減衰能、例えば、振動エネルギーを弾性的に
吸収して、振動が金属を貫通して伝播しないようにする
能力を有する。固有減衰能は、吸収された最大エネルギ
ーに対するエネルギー損失の割合として規定される。表
１に挙げたアルミニウム合金を含む他の合金は、フィラ
メントを成功裡にコーティングするために用いることが
できる。本発明の複合構造体要素１４は、最も有利な構
造体として高い剛性を有し、同時に、リング形状ダンパ
ー５を構成するために用いるための十分な減衰能を有す
ることが見いだされている。構造体における減衰量は、
複合構造体構成要素によって制御可能である。
【００２３】図１〜図３におけるダンパー５は、さら
に、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の間に
配設された複数の負荷を支えるバネ２０(load-carrying
springs)（図２）を備える。負荷を支えるバネ２０
は、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の周囲
で、互いに等間隔に離隔されている。負荷を支えるバネ
２０は、一連の複合構造体要素１４の間に互い違いに配
設されている。負荷を支えるバネ２０は、要素１４と共
に、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の間の
要素を支持して連結するように作用する。打ち上げ車輌
２とペイロード４との間に振動が生じると、第１及び第
２のリング形状部材１０及び１２は、相対的に軸方向及
び／又は横方向に移動する。この相対移動は、第１及び
第２のリング形状部材１０及び１２の周辺の間及び周囲
に配設されている複合構造体要素１４によって減衰され
る。別の構成において、バネ２０は、排除されるか、あ
るいは複合構造体要素の内側又は外側に半径方向に置か
れてもよい。かような場合には、単一で連続的な環状複
合構造体要素が、振動を減衰させるために、第１及び第
２のリング形状部材１０及び１２の間に固着されてもよ
い。
に、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の間に
配設された複数の負荷を支えるバネ２０(load-carrying
springs)（図２）を備える。負荷を支えるバネ２０
は、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の周囲
で、互いに等間隔に離隔されている。負荷を支えるバネ
２０は、一連の複合構造体要素１４の間に互い違いに配
設されている。負荷を支えるバネ２０は、要素１４と共
に、第１及び第２のリング形状部材１０及び１２の間の
要素を支持して連結するように作用する。打ち上げ車輌
２とペイロード４との間に振動が生じると、第１及び第
２のリング形状部材１０及び１２は、相対的に軸方向及
び／又は横方向に移動する。この相対移動は、第１及び
第２のリング形状部材１０及び１２の周辺の間及び周囲
に配設されている複合構造体要素１４によって減衰され
る。別の構成において、バネ２０は、排除されるか、あ
るいは複合構造体要素の内側又は外側に半径方向に置か
れてもよい。かような場合には、単一で連続的な環状複
合構造体要素が、振動を減衰させるために、第１及び第
２のリング形状部材１０及び１２の間に固着されてもよ
い。
【００２４】図５において１４’で示される本発明の別
の形態によるダンパー５の複合構造体要素は、上述のよ
うに少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
充填されている孔２２を有する多孔性非金属マトリック
ス１６で形成されている。マトリックス１６は、多孔性
炭素質材料であり、特に短い繊維２４がランダムな方向
に向いていて本来的に多孔性の炭素−炭素構造体であ
る。マトリックス１６の孔２２は、例えば９００℃のホ
ットチャンバにおける蒸着によって、あるいは軽量な金
属の溶融合金に多孔性構造体をディップすることによっ
て、軽量な金属２３で充填される。図５の複合構造体要
素における炭素繊維２４は、図４に示す本発明の形態に
おけるように少なくとも１％の減衰能を有する軽量な金
属でコーティングされていないが、図５に示すように少
なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で充填さ
れた孔を有する多孔性マトリックス材料と一緒に、本発
明の変形例において、図４に示すようなコーティングさ
れたファイバーを用いることはできる。
の形態によるダンパー５の複合構造体要素は、上述のよ
うに少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で
充填されている孔２２を有する多孔性非金属マトリック
ス１６で形成されている。マトリックス１６は、多孔性
炭素質材料であり、特に短い繊維２４がランダムな方向
に向いていて本来的に多孔性の炭素−炭素構造体であ
る。マトリックス１６の孔２２は、例えば９００℃のホ
ットチャンバにおける蒸着によって、あるいは軽量な金
属の溶融合金に多孔性構造体をディップすることによっ
て、軽量な金属２３で充填される。図５の複合構造体要
素における炭素繊維２４は、図４に示す本発明の形態に
おけるように少なくとも１％の減衰能を有する軽量な金
属でコーティングされていないが、図５に示すように少
なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属で充填さ
れた孔を有する多孔性マトリックス材料と一緒に、本発
明の変形例において、図４に示すようなコーティングさ
れたファイバーを用いることはできる。
【００２５】本発明はさらに、概して図３に示すよう
に、１個以上の本発明の複合構造体要素で構成されたペ
イロード整形２５と、衛星バス２６と、展開可能な衛星
アンテナ２７と、を備える。ペイロード整形２５の環状
部分の断面図は、図６に示すように、例えば整形の複合
構造体における整形の周囲に一方向に伸びる長尺物のフ
ィラメント３１を用いることを示す。ダンパー５のよう
に、ペイロード整形２５は、好ましくは、非金属マトリ
ックスと、マトリックスを強化するためマトリックス内
にある複数のフィラメント３１と、要素の振動を減衰す
る複合構造体要素のマトリックス及びフィラメントの少
なくとも一方の上に設けられている少なくとも１％の固
有減衰能を有する軽量な金属と、を備える。整形２５の
構成は、図５に示す構成と同様でもよい。
に、１個以上の本発明の複合構造体要素で構成されたペ
イロード整形２５と、衛星バス２６と、展開可能な衛星
アンテナ２７と、を備える。ペイロード整形２５の環状
部分の断面図は、図６に示すように、例えば整形の複合
構造体における整形の周囲に一方向に伸びる長尺物のフ
ィラメント３１を用いることを示す。ダンパー５のよう
に、ペイロード整形２５は、好ましくは、非金属マトリ
ックスと、マトリックスを強化するためマトリックス内
にある複数のフィラメント３１と、要素の振動を減衰す
る複合構造体要素のマトリックス及びフィラメントの少
なくとも一方の上に設けられている少なくとも１％の固
有減衰能を有する軽量な金属と、を備える。整形２５の
構成は、図５に示す構成と同様でもよい。
【００２６】図７に示されている衛星バス２６の部分
は、バスの複合構造体要素を形成するために用いられる
好ましくは炭素繊維である二方向に伸びるフィラメント
の織布２８の使用を示す。図３の展開可能な衛星アンテ
ナ２７の部分の詳細は、図８に示す。図示されているよ
うに、展開可能なアンテナの金網２９は、展開可能なア
ンテナの振動を減衰させるため、本発明による少なくと
も１％の固有減衰能を有する軽量な金属３２に埋め込ま
れている。金網２９は、金でコーティングされたモリブ
デンワイヤで形成されている。金網は、減衰目的のため
に、軽量な金属と展開可能なアンテナの構造体とを振動
的に結合させるように、溶融した軽量な金属に金網をデ
ィップすることによって、あるいは金網を軽量な金属と
接触させることによって、軽量な金属内に埋め込まれ
る。よって、本発明による減衰要素埋め込み型複合構造
体要素を製造する方法は、意図された目的に用いられる
場合に妨害を受ける構造体部材を準備する工程と、構造
体部材の妨害を減衰するため構造体部材上に少なくとも
１％の固有減衰能を有する軽量な金属を設ける工程と、
を備える。
は、バスの複合構造体要素を形成するために用いられる
好ましくは炭素繊維である二方向に伸びるフィラメント
の織布２８の使用を示す。図３の展開可能な衛星アンテ
ナ２７の部分の詳細は、図８に示す。図示されているよ
うに、展開可能なアンテナの金網２９は、展開可能なア
ンテナの振動を減衰させるため、本発明による少なくと
も１％の固有減衰能を有する軽量な金属３２に埋め込ま
れている。金網２９は、金でコーティングされたモリブ
デンワイヤで形成されている。金網は、減衰目的のため
に、軽量な金属と展開可能なアンテナの構造体とを振動
的に結合させるように、溶融した軽量な金属に金網をデ
ィップすることによって、あるいは金網を軽量な金属と
接触させることによって、軽量な金属内に埋め込まれ
る。よって、本発明による減衰要素埋め込み型複合構造
体要素を製造する方法は、意図された目的に用いられる
場合に妨害を受ける構造体部材を準備する工程と、構造
体部材の妨害を減衰するため構造体部材上に少なくとも
１％の固有減衰能を有する軽量な金属を設ける工程と、
を備える。
【００２７】最も高い固有減衰能及び最も高い剛性を有
する本発明の複合構造体要素は、所定の構造体システム
の要求に対して正確にあつらえられた機械的特性を備え
ながら、軽量である。例えば、本発明のスペースクラフ
トバス及びスペースクラフト整形は、離陸中の音波妨害
並びに他の妨害を減衰することができる。本発明によれ
ば、従来のスペースクラフトバスや整形の場合と比較し
て、多くの方向転換が制御可能で且つ修正時間が短い。
する本発明の複合構造体要素は、所定の構造体システム
の要求に対して正確にあつらえられた機械的特性を備え
ながら、軽量である。例えば、本発明のスペースクラフ
トバス及びスペースクラフト整形は、離陸中の音波妨害
並びに他の妨害を減衰することができる。本発明によれ
ば、従来のスペースクラフトバスや整形の場合と比較し
て、多くの方向転換が制御可能で且つ修正時間が短い。
【００２８】本発明を幾つかの好ましい実施形態に基づ
いて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、当
業者には多くの変形及び変更をなす事が可能であろう。
例えば、本発明の複合構造体要素は、振動を連続的に減
衰させるため、あるいは振動の減衰を分配するため、例
えば管状、三角形、ピラミッド形、立方体など異なる形
態で用いられてもよい。連続的な固体ピースを用いるこ
とは必要ではない。種々のポリマー及び他のマトリック
ス材料を複合構造体要素に用いることができる。したが
って、上述した記載に限定されず、特許請求の範囲に包
摂される限りにおいていかなる変形及び変更がなされて
もよい。
いて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、当
業者には多くの変形及び変更をなす事が可能であろう。
例えば、本発明の複合構造体要素は、振動を連続的に減
衰させるため、あるいは振動の減衰を分配するため、例
えば管状、三角形、ピラミッド形、立方体など異なる形
態で用いられてもよい。連続的な固体ピースを用いるこ
とは必要ではない。種々のポリマー及び他のマトリック
ス材料を複合構造体要素に用いることができる。したが
って、上述した記載に限定されず、特許請求の範囲に包
摂される限りにおいていかなる変形及び変更がなされて
もよい。
【図１】図１は、本発明により構成されたダンパーを具
現化するスペースクラフトの概略斜視図である。
現化するスペースクラフトの概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のダンパーの拡大図である。
【図３】図３は、図１に示すスペースクラフトの概略斜
視図であり、さらに、各々が本発明による減衰要素内蔵
型である衛星アンテナ及び衛星バスを有する衛星の形態
であるロケットペイロードを示し、また、離陸中にアコ
ースティック及び他の妨害を減衰させる本発明により構
成されたロケットのペイロード整形をも示す。
視図であり、さらに、各々が本発明による減衰要素内蔵
型である衛星アンテナ及び衛星バスを有する衛星の形態
であるロケットペイロードを示し、また、離陸中にアコ
ースティック及び他の妨害を減衰させる本発明により構
成されたロケットのペイロード整形をも示す。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による複合構造体
要素のフィラメントの長手方向を横断して切り取った概
略断面図であり、少なくとも１％の固有減衰能を有する
軽量な金属が複合物の非金属マトリックス内のフィラメ
ント上に設けられている状態を示す。
要素のフィラメントの長手方向を横断して切り取った概
略断面図であり、少なくとも１％の固有減衰能を有する
軽量な金属が複合物の非金属マトリックス内のフィラメ
ント上に設けられている状態を示す。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態による複合構
造体要素を貫通する概略断面図であり、多孔性炭素−炭
素構造体の孔がマグネシウム−ジルコニウム合金で充填
されている状態を示す。
造体要素を貫通する概略断面図であり、多孔性炭素−炭
素構造体の孔がマグネシウム−ジルコニウム合金で充填
されている状態を示す。
【図６】図６は、本発明により構成された図３のスペー
スクラフトのペイロード整形の環状部分を貫通する概略
断面図であり、整形の複合構造体における整形の周りに
例えば円周方向などの一方向に延びる連続する１本のフ
ィラメントを示す。
スクラフトのペイロード整形の環状部分を貫通する概略
断面図であり、整形の複合構造体における整形の周りに
例えば円周方向などの一方向に延びる連続する１本のフ
ィラメントを示す。
【図７】図７は、図３に示す衛星バスの一部拡大部分断
面図であり、バスの複合構造体要素を形成するために用
いられる二方向に延びるフィラメントの織布を示す。
面図であり、バスの複合構造体要素を形成するために用
いられる二方向に延びるフィラメントの織布を示す。
【図８】図８は、本発明の複合構造体要素の別の形態の
断面図であり、特に、図３の展開可能な衛星アンテナの
断面図であり、アンテナの振動を減衰させるため、少な
くとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属に埋設され
ている展開可能なアンテナの金網を示す。
断面図であり、特に、図３の展開可能な衛星アンテナの
断面図であり、アンテナの振動を減衰させるため、少な
くとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属に埋設され
ている展開可能なアンテナの金網を示す。
５：ダンパー １０：第１のリング形状部材 １２：第２のリング形状部材 １４：複合構造体要素 １７：非金属マトリックス １８：フィラメント １９：軽量な金属
Claims (17)
- 【請求項１】 減衰要素内蔵型複合構造体要素であっ
て、 非金属マトリックスと、 上記マトリックスを強化するための上記マトリックス内
の複数のフィラメントと、 複合構造体要素の振動を減衰するため、複合構造体要素
の上記マトリックス及び上記フィラメントの少なくとも
１個上に設けられている少なくとも１％の固有減衰能を
有する軽量な金属と、を備えることを特徴とする複合構
造体要素。 - 【請求項２】 請求項１の複合構造体要素であって、前
記軽量な金属は、マグネシウム合金及びアルミニウム合
金からなる群より選択されることを特徴とする複合構造
体要素。 - 【請求項３】 請求項２の複合構造体要素であって、前
記軽量な金属は、０．１〜１０重量％のジルコニウムを
含み、残余が基本的にマグネシウムであるマグネシウム
合金であることを特徴とする複合構造体要素。 - 【請求項４】 請求項１の複合構造体要素であって、前
記マトリックスは、前記軽量な金属で充填されている孔
を有する多孔性材料であることを特徴とする複合構造体
要素。 - 【請求項５】 請求項４の複合構造体要素であって、前
記マトリックスは、炭素質材料であることを特徴とする
複合構造体要素。 - 【請求項６】 請求項１の複合構造体要素であって、前
記フィラメントは、炭素繊維であることを特徴とする複
合構造体要素。 - 【請求項７】 請求項１の複合構造体要素であって、前
記フィラメントは、前記マトリックス内で一方向に延在
することを特徴とする複合構造体要素。 - 【請求項８】 請求項１の複合構造体要素であって、前
記フィラメントは、前記マトリックス内でランダムな方
向に向いていることを特徴とする複合構造体要素。 - 【請求項９】 装置であって、 アダプターインターフェース器具を含むロケット打ち上
げ用車両と、 上記アダプターインターフェース器具によって、上記ロ
ケット打ち上げ用車両に載置されているロケットペイロ
ードと、 上記ロケット打ち上げ用車両及び上記ロケットペイロー
ドの間の振動を減衰するために、上記ロケットペイロー
ド及び上記アダプターインターフェース器具の間に配置
されていて、減衰要素内蔵型複合構造体要素を含むダン
パーと、を備え、 上記減衰要素内蔵型複合構造体要素は、非金属マトリッ
クスと、上記マトリックス内にあり上記マトリックスを
強化する複数のフィラメントと、要素の振動を減衰する
ため上記マトリックス及び上記フィラメントの少なくと
も１個上に設けられていてる少なくとも１％の固有減衰
能を有する軽量な金属と、を備えることを特徴とする装
置。 - 【請求項１０】 請求項９の装置であって、前記軽量な
金属は、マグネシウム合金及びアルミニウム合金からな
る群より選択され、前記フィラメント及び前記マトリッ
クスの少なくとも１個上にコーティングされていること
を特徴とする装置。 - 【請求項１１】 請求項１０の装置であって、前記マト
リックスは、前記軽量な金属で充填されている孔を有す
る多孔性炭素質材料であることを特徴とする装置。 - 【請求項１２】 装置であって、 アダプターインターフェース器具を含むロケット打ち上
げ用車両と、 上記アダプターインターフェース器具によって、上記ロ
ケット打ち上げ用車両上に載置されているロケットペイ
ロードと、 上記ロケットに連結されていて、上記ロケットペイロー
ドの周りに延在し、減衰要素内蔵型複合構造体要素を備
えるロケット整形と、を備え、 上記複合構造体要素は、非金属マトリックスと、上記マ
トリックス内にありマトリックスを強化する複数のフィ
ラメントと、上記フィラメント及び上記マトリックスの
少なくとも１個の上に設けられていて、マグネシウム合
金及びアルミニウム合金からなる群より選択される少な
くとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属と、を備え
ることを特徴とする装置。 - 【請求項１３】 請求項１２の装置であって、前記マト
リックスは、前記軽量な金属で充填されている孔を有す
る多孔性炭素質材料であることを特徴とする装置。 - 【請求項１４】 非金属マトリックスと、上記マトリッ
クス内にあり上記マトリックスを強化する複数のフィラ
メントと、上記マトリックス及び上記フィラメントの少
なくとも１個の上に設けられていて、マグネシウム合金
及びアルミニウム合金からなる群より選択される少なく
とも１％の固有減衰能を有する軽量な金属と、を含む複
合構造体要素を備えるスペースクラフトバス。 - 【請求項１５】 減衰要素内蔵型複合構造体要素であっ
て、 金網と、 要素の振動を減衰させるため、上記金網上に設けられて
いる少なくとも１の固有減衰能を有する軽量な金属と、
を備えることを特徴とする複合構造体要素。 - 【請求項１６】 請求項１５の複合構造体要素であっ
て、 前記複合構造体要素は展開可能な衛星アンテナであり、 前記金網は、金でコーティングされたモリブデンワイヤ
から形成されていて、 前記金網上に設けられている軽量な金属は、マグネシウ
ム合金及びアルミニウム合金からなる群より選択され
る、ことを特徴とする複合構造体要素。 - 【請求項１７】 減衰要素内蔵型複合構造体要素を製造
する方法であって、 意図された目的に用いられる場合に妨害を受ける構造体
部材を準備し、 上記構造体部材の妨害を減衰させるため、上記構造体部
材上に少なくとも１％の固有減衰能を有する軽量な金属
を設ける、ことを特徴とする方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/321,502 US6345788B1 (en) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Composite structure element with built-in damping |
| US09/321502 | 1999-05-27 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=23250870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000156164A Expired - Fee Related JP3367936B2 (ja) | 1999-05-27 | 2000-05-26 | 減衰要素内蔵型複合構造体要素 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6345788B1 (ja) |
| EP (1) | EP1055600B1 (ja) |
| JP (1) | JP3367936B2 (ja) |
| DE (1) | DE60026896T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US20050064165A1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-03-24 | Cleveland Mark A. | Acoustically damped composite construction for the forward portion of a rocket or missile |
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| RU2478531C1 (ru) * | 2011-08-04 | 2013-04-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Космическая головная часть |
| ES2597706T3 (es) * | 2012-05-09 | 2017-01-20 | Ruag Space Ab | Anillo de interfaz de soporte de carga para una nave espacial |
| US20140332632A1 (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-13 | Space Systems/Loral, Llc | Isolation of payload from launch vehicle dynamic loads |
| RU2564458C1 (ru) * | 2014-06-26 | 2015-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное космическое агентство | Космическая головная часть |
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| US10562650B2 (en) * | 2017-06-28 | 2020-02-18 | The Boeing Company | Corrugated payload adaptor structure |
| KR102007185B1 (ko) * | 2017-12-08 | 2019-08-05 | 연세대학교 산학협력단 | 탄성메타물질을 이용한 인공위성 우주 테더 장치 |
| RU183999U1 (ru) * | 2018-04-18 | 2018-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Адаптер в виде конической оболочки вращения из композиционных материалов |
| CN111619831B (zh) * | 2020-04-29 | 2021-11-16 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种连杆式星箭分离机构 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4310132A (en) * | 1978-02-16 | 1982-01-12 | Nasa | Fuselage structure using advanced technology fiber reinforced composites |
| US4411380A (en) * | 1981-06-30 | 1983-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Metal matrix composite structural panel construction |
| US4682744A (en) * | 1985-04-08 | 1987-07-28 | Rca Corporation | Spacecraft structure |
| JPS6360743A (ja) * | 1986-09-02 | 1988-03-16 | 東レ株式会社 | 軽量複合材料 |
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