JP2005121209A - Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body - Google Patents

Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body Download PDF

Info

Publication number
JP2005121209A
JP2005121209A JP2004108061A JP2004108061A JP2005121209A JP 2005121209 A JP2005121209 A JP 2005121209A JP 2004108061 A JP2004108061 A JP 2004108061A JP 2004108061 A JP2004108061 A JP 2004108061A JP 2005121209 A JP2005121209 A JP 2005121209A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluid
path
jet
control
contact portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004108061A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Nishimura
修 西村
Hiroshi Takahashi
博 高橋
Atsushi Sadamoto
敦史 貞本
Hirokazu Sato
広和 佐藤
Biswas Debasis
ビスワス デバシス
Hajime Sudo
肇 須藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004108061A priority Critical patent/JP2005121209A/en
Publication of JP2005121209A publication Critical patent/JP2005121209A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Multiple-Way Valves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid passage switching element which materializes an in-fluid free moving body with high kinetic performance, an in-fluid free moving body and an attitude control method of the in-fluid free moving body. <P>SOLUTION: Output ports 23a, 23b for ejecting jet flow are provided to the surface of a steering wing 22b. In output of the jet flow ejected from a fluid source 24 inside a body, either of output ports 23a, 23b is selected by control ports 8a, 8b. As a result, the attitude of the in-fluid free moving body is controlled by utilizing a force generated in the steering wing 22b. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は例えば飛翔体や潜水体等の流体中自由運動体の制御機構に係り、特に自由運動制御機構に用いる流体経路切替素子および自由運動制御機構により制御される流体中自由運動体ならびに流体中自由運動体の姿勢制御方法に関する。   The present invention relates to a control mechanism of a free moving body in a fluid such as a flying body or a submerged body, and more particularly to a fluid path switching element used in the free motion control mechanism and a free moving body in a fluid controlled by the free motion control mechanism and the fluid The present invention relates to a posture control method for a free moving body.

従来の、飛翔体や潜水体等の流体中自由運動体の制御機構の一つとして、操舵翼を駆動し操舵翼にかかる流体の力を利用して制御を行うものがある。例えば、この制御を用いた流体中自由運動体は、図16に示すように、流体中自由運動体の胴体101の内部に設けられた駆動手段(図示せず)と、駆動手段により流体に対する迎え角を操作できる操舵翼102とを有している。この制御は、駆動手段により操舵翼102の流体に対する迎え角を変化させ、流体から操舵翼にかかる力の変化を利用し、流体中自由運動体の姿勢を変化させる。駆動手段としては、一般的に電磁アクチュエータや油圧アクチュエータが用いられる。(非特許文献1)   One conventional mechanism for controlling a free moving body in a fluid such as a flying object or a submerged body is to drive a steering blade and control it using the force of fluid applied to the steering blade. For example, as shown in FIG. 16, a free moving body in fluid using this control includes a driving means (not shown) provided in the body 101 of the free moving body in fluid, and the driving means receives the fluid. And a steering blade 102 capable of operating the corner. In this control, the angle of attack of the steering blade 102 with respect to the fluid is changed by the drive means, and the posture of the free moving body in the fluid is changed using the change in the force applied from the fluid to the steering blade. Generally, an electromagnetic actuator or a hydraulic actuator is used as the driving means. (Non-Patent Document 1)

従来の流体中自由運動体の制御の飛翔体への適用例を図17に示す。主翼103にはフラップ104が、垂直尾翼106には方向舵107が、水平尾翼108には、昇降舵109が設けられている。フラップ104は飛翔体にかかる揚力の制御とローリング方向の姿勢制御、方向舵107はヨーイング方向の姿勢制御、昇降舵109はピッチング方向の姿勢制御に用いられる。   FIG. 17 shows an application example of the conventional control of a free moving body in fluid to a flying object. The main wing 103 is provided with a flap 104, the vertical tail 106 is provided with a rudder 107, and the horizontal tail 108 is provided with an elevator 109. The flap 104 is used for lift control and rolling attitude control on the flying object, the rudder 107 is used for yawing direction attitude control, and the elevator 109 is used for pitching attitude control.

代表してフラップ104について操舵翼にかかる力の利用メカニズムを図18を用いて説明する。主翼103に設けられたフラップ104の周りには、流体中自由運動体が流体中を運動すると、流体110が図中の矢印の様に主翼からフラップの周囲に沿う様に流れ、揚力111が発生する。ここで、フラップ104の流体110に対する迎え角を制御することで、流体110の流れの向きが変わり、揚力111の大きさを制御できる。この原理は飛翔体だけでなく、流体中を運動する流体中自由運動体に広く一般的に使用され、例えば図19に示す様に潜水体の潜舵112にも用いられている。   As a representative, a mechanism for using the force applied to the steering blade with respect to the flap 104 will be described with reference to FIG. Around the flap 104 provided on the main wing 103, when the free moving body in the fluid moves in the fluid, the fluid 110 flows from the main wing along the periphery of the flap as shown by the arrow in the figure, and the lift 111 is generated. To do. Here, by controlling the angle of attack of the flap 104 with respect to the fluid 110, the direction of the flow of the fluid 110 changes, and the magnitude of the lift 111 can be controlled. This principle is widely used not only for flying objects but also for free-moving bodies in a fluid that moves in a fluid. For example, as shown in FIG.

また、他の制御機構として、流体中自由運動体から噴流を噴出させ、その反力を利用するものがある。例えば、この方式を用いた流体中自由運動体は、図20(a)に示すように、流体中自由運動体の胴体113に噴流口114が設けられている。流体中自由運動体の方向を変化させたい場合、噴流口114より噴流を噴出させ、その反力を利用し、流体中自由運動体の方向を制御する。なお、図20(b)に示すように前述した操舵翼と組み合わせ、例えば流体中自由運動体の推力を供給するジェットエンジン115より噴出した噴流の一部を、操舵翼116にて方向を変化させ、より大きな流体中自由運動体にかかる揚力を得ることができる。また、図20(c)に示すように、主翼117とフラップ118の間に隙間119を設けることにより、隙間119を流体が通過し、フラップ118から流体が剥離することがなく、さらに大きな揚力を得ることができる。
航空力学の基礎(第2版)牧野光雄 著(産業図書)
As another control mechanism, there is a mechanism that jets a jet from a free moving body in a fluid and uses the reaction force. For example, as shown in FIG. 20 (a), a free moving body in fluid using this method is provided with a jet port 114 in the body 113 of the free moving body in fluid. When it is desired to change the direction of the free moving body in the fluid, the jet is ejected from the jet port 114, and the reaction force is used to control the direction of the free moving body in the fluid. In addition, as shown in FIG. 20 (b), the direction of a part of the jet flow ejected from the jet engine 115 for supplying the thrust of the free moving body in the fluid is changed by the steering blade 116, for example, in combination with the steering blade described above. Thus, it is possible to obtain a higher lift force on the free moving body in the fluid. Further, as shown in FIG. 20 (c), by providing a gap 119 between the main wing 117 and the flap 118, fluid passes through the gap 119, and the fluid does not peel from the flap 118, so that a larger lift force can be obtained. Can be obtained.
Aerodynamics Basics (2nd edition) Mitsuo Makino (Industry Books)

しかし、この様な制御手段は、操舵翼を駆動する駆動手段または噴流を発生させる流体源と噴流をオン/オフするためのバルブが必須である。   However, such a control means requires a drive means for driving the steering blades or a fluid source for generating a jet flow and a valve for turning on / off the jet flow.

操舵翼を用いる制御手段では、必要な操舵翼にかかる流体の力を得るためには、相当の翼面積が必要であり、したがって操舵翼を駆動する駆動手段も必然的に高出力なものが求められる。高出力の駆動手段には、広いスペースと大きなエネルギーばかりでなく、ボディーへの取り付け部や軸受部にかかる力も大きくなるめ、強固な構造が必要となる。   In order to obtain the necessary fluid force applied to the steering blade, the control means using the steering blade requires a considerable blade area. Therefore, a driving means for driving the steering blade is necessarily required to have a high output. It is done. High-power drive means require not only a large space and large energy, but also a strong structure for increasing the force applied to the body mounting portion and bearing portion.

一方、噴流を利用した制御手段では、流体中自由運動体の姿勢を変化させるためには、相当の流量、流速が必要であり、したがって流体源には必然的に高い圧力が求められる。高い圧力の噴流をオン/オフするためのバルブは、その圧力に耐えうるだけの構造、作動力が必要となる。   On the other hand, in the control means using a jet, in order to change the posture of the free moving body in the fluid, a considerable flow rate and flow velocity are required, and therefore a high pressure is inevitably required for the fluid source. A valve for turning on / off a high-pressure jet must have a structure and operating force that can withstand the pressure.

これら駆動手段またはバルブの重量、および体積、ならびに流体中自由運動体に求められる強固な構造は、流体中自由運動体の小型化、軽量化を阻害し、流体中自由運動体と流体との抵抗の軽減や流体中自由運動体の運動性能の向上を阻む原因の一つとなっていた。   The weight and volume of these driving means or valves, and the robust structure required for the free moving body in the fluid hinder the downsizing and weight reduction of the free moving body in the fluid, and the resistance between the free moving body in the fluid and the fluid. It was one of the causes that hindered the improvement of the movement performance of the free movement body in the fluid.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、小型、軽量で流体との抵抗が少なく、運動性能の高い流体中自由運動体を実現するための流体経路切替素子、および流体中自由運動体、ならびに流体中自由運動体の姿勢制御方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a fluid path switching element for realizing a free moving body in fluid that is small, lightweight, has low resistance to fluid, and has high motion performance, and free in fluid An object is to provide a posture control method for a moving body and a free moving body in a fluid.

上記目的を達成するために、本発明の流体経路切替素子は、流体を流体経路切替素子の本体内部に入力する流体入力経路と、前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記本体外部へ出力する複数の噴流出力経路と、前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記本体外部に開放された複数の制御経路と、前記制御経路に設けられ、前記制御経路の前記本体外部への開放状態を開放もしくは遮断のいずれかに切り替える制御バルブとを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fluid path switching element according to the present invention includes a fluid input path for inputting fluid into the body of the fluid path switching element and the fluid input path, and accelerates the fluid to cause a jet to flow. One end of the fluid input path between the nozzle section to be generated, the plurality of jet output paths that are connected to the fluid input path and output the jet to the outside of the main body, and the nozzle section and the jet output path A plurality of control paths that are open and open at the other end to the outside of the main body, and a control valve that is provided in the control path and switches the open state of the control path to the outside of the main body to either open or shut off. It is characterized by having.

また、上記目的を達成するために、本発明の流体経路切替素子は、流体を流体経路切替素子の本体内部に入力する流体入力経路と、前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記本体外部へ出力する第1の噴流出力経路および第2の噴流出力経路と、前記ノズル部と、前記第1の噴流出力経路および第2の噴流出力経路との間の、前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記本体外部へ開放された第1の経路および第2の経路を有する制御経路と、前記制御経路に設けられ、前記第1の経路が前記本体外部に開放され、前記第2の経路が遮断された状態と、前記第1の経路が遮断され、前記第2の経路が前記本体外部へ開放された状態のいずれかに切り替える三方弁とを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a fluid path switching element according to the present invention includes a fluid input path for inputting fluid into the body of the fluid path switching element, and the fluid input path, which accelerates the fluid. A nozzle unit that generates a jet, a first jet output path and a second jet output path that are connected to the fluid input path and output the jet to the outside of the main body, the nozzle unit, and the first jet A control path having a first path and a second path, one end of which is open to the fluid input path and the other end of the fluid input path between the output path and the second jet output path; Provided in a control path, the first path is opened to the outside of the main body, the second path is blocked, the first path is blocked, and the second path is outside the main body. Switch to one of the open states It characterized by having a three-way valve.

また、上記目的を達成するために、本発明の流体中自由運動体は、流体中を運動可能なボディーと、流体を入力する流体入力経路と、前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記ボディー外部へ出力する複数の噴流出力経路と、前記ボディーに設けられ、前記噴流出力経路からの噴流を前記ボディー外部へ放出する複数の噴出口と、前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記ボディー外部に開放された複数の制御経路と、前記制御経路に設けられ、前記制御経路の前記ボディー外部への開放状態を開放もしくは遮断のいずれかに切り替える制御バルブとを有し、前記制御バルブを制御することにより、前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a free moving body in fluid of the present invention is provided with a body capable of moving in a fluid, a fluid input path for inputting fluid, and the fluid input path for accelerating the fluid. A nozzle section that generates a jet, a plurality of jet output paths that are connected to the fluid input path and output the jet to the outside of the body, and a jet from the jet output path is provided in the body. A plurality of outlets for discharging to the outside, a plurality of control paths having one end opened in the fluid input path between the nozzle portion and the jet flow output path, and the other end opened to the outside of the body; A control valve that is provided in a control path and switches an open state of the control path to the outside of the body to either open or shut off, and by controlling the control valve, From any of the spout and switches whether to jet the jet.

また、上記目的を達成するために、本発明の流体中自由運動体は、流体中を運動可能なボディーと、流体を入力する流体入力経路と、前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記ボディー外部へ出力する複数の噴流出力経路と、前記ボディーに設けられ、前記噴流出力経路からの噴流を前記ボディー外部へ放出する複数の噴出口と、前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記ボディー外部に開放された複数の制御経路と、前記制御経路に設けられ、前記制御経路の一部が前記ボディー外部に開放され、前記制御経路の他の一部が遮断された状態と、前記制御経路の一部が遮断され、前記制御経路の他の一部が前記ボディー外部へ開放された状態のいずれかに切り替える三方弁とを有し、前記三方弁を制御することにより、前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a free moving body in fluid of the present invention is provided with a body capable of moving in a fluid, a fluid input path for inputting fluid, and the fluid input path for accelerating the fluid. A nozzle section that generates a jet, a plurality of jet output paths that are connected to the fluid input path and output the jet to the outside of the body, and a jet from the jet output path is provided in the body. A plurality of outlets for discharging to the outside, a plurality of control paths having one end opened in the fluid input path between the nozzle portion and the jet flow output path, and the other end opened to the outside of the body; Provided in the control path, a part of the control path is opened to the outside of the body, the other part of the control path is blocked, and a part of the control path is blocked. Part of And a three-way valve that switches to any one of the states opened to the outside of the body, and the three-way valve is controlled to switch which of the plurality of jet nozzles ejects the jet flow. .

また、上記目的を達成するために、本発明の流体中自由運動体の姿勢制御方法は、流体中を運動するボディーと、前記ボディーに設けられた噴流を噴出させるための複数の噴出口と、前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替える制御バルブとを有する流体中自由運動体の姿勢制御方法において、到達目標に対する方向、距離および現在の姿勢から目標姿勢と現在の姿勢との差異を求める工程と、前記差異に基づいて前記複数の噴出口から噴出させる噴流の噴出時間の比を求める工程と、前記噴出時間の比に応じた噴出時間だけ、前記噴流を噴出させるために、前記噴出口に対応した前記制御バルブの開閉を制御する工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a posture control method for a free moving body in fluid according to the present invention includes a body that moves in a fluid, and a plurality of jets for jetting jets provided in the body, In a posture control method of a free moving body in fluid having a control valve for switching which of the plurality of jets ejects the jet, the target posture and the current posture are determined from the direction, the distance, and the current posture with respect to the reaching target. A step of obtaining a difference between the steps, a step of obtaining a ratio of jetting times of jets ejected from the plurality of jetting ports based on the difference, and a jetting time corresponding to the ratio of the jetting times. And a step of controlling opening and closing of the control valve corresponding to the jet port.

以上詳述したように、本発明によれば、小型、軽量で流体との抵抗が少なく、運動性能の高い流体中自由運動体を実現するための流体経路切替素子、および流体中自由運動体、ならびに流体中自由運動体の姿勢制御方法を提供することができる。   As described above in detail, according to the present invention, a fluid path switching element for realizing a free moving body in fluid that is small, lightweight, has low resistance to fluid, and has high motion performance, and a free moving body in fluid, In addition, it is possible to provide a posture control method for a free moving body in a fluid.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
まず、図1に本発明による第一の実施の形態にかかる、流体経路切替素子の断面を示す。
(First embodiment)
First, FIG. 1 shows a cross section of a fluid path switching element according to a first embodiment of the present invention.

流体経路切替素子の本体1の内部には、噴流となる流体を流体経路切替素子の本体内部に入力する空間である流体入力経路2が設けられている。流体入力経路2の一方の端(図中左側)は、流体の供給源(図示せず)と接続可能である入力口3となっている。   Inside the main body 1 of the fluid path switching element, there is provided a fluid input path 2 which is a space for inputting a fluid that becomes a jet into the main body of the fluid path switching element. One end (left side in the figure) of the fluid input path 2 is an input port 3 that can be connected to a fluid supply source (not shown).

流体入力経路2の他方の端(図中右側)は本体1の内部で分割され、複数(本実施の形態では2つ)の噴流出力経路4a、4bの一方の端と接続されている。噴流出力経路4a、4bの他方の端は本体の外部へ噴流を出力するための出力口5a、5bとなっている。   The other end (right side in the figure) of the fluid input path 2 is divided inside the main body 1 and connected to one end of a plurality (two in the present embodiment) of jet output paths 4a and 4b. The other ends of the jet output paths 4a and 4b serve as output ports 5a and 5b for outputting the jet to the outside of the main body.

流体入力経路2の途中には、流体を加速して噴流を生成するノズル部6が設けられている。流体入力経路2の流体の流れに対して略直交する方向の断面積は、流体がノズル部6を通過した直後広い空間7へと流れ込むように、ノズル部6から流体入力経路2が複数の噴流出力経路4a、4bに接続される部分にかけて変化している。   In the middle of the fluid input path 2, a nozzle portion 6 that accelerates the fluid and generates a jet is provided. The cross-sectional area of the fluid input path 2 in the direction substantially orthogonal to the fluid flow is such that the fluid input path 2 is a plurality of jets from the nozzle section 6 so that the fluid flows into the wide space 7 immediately after passing through the nozzle section 6. It changes over the part connected to the output paths 4a and 4b.

ノズル部6と、流体入力経路2が複数の噴流出力経路4a、4bに分割される分割部分との間の、ノズル部6近傍には、噴流出力経路4a,4bと同数の制御経路(本実施の形態では2つ)8a、8bが設けられている。制御経路8a、8bのノズル部6側の一端は、空間7に開口している。制御経路8a、8bの開口は、ノズル部中心から対応する噴流出力経路4a、4bの分岐方向側に位置している。制御経路8a、8bの空間7と反対の端(他端)は、本体1の外部へ開口している。   In the vicinity of the nozzle section 6 between the nozzle section 6 and the divided portion where the fluid input path 2 is divided into a plurality of jet output paths 4a and 4b, the same number of control paths as the jet output paths 4a and 4b (this embodiment) 2) 8a and 8b are provided. One end of the control paths 8 a and 8 b on the nozzle part 6 side opens into the space 7. The openings of the control paths 8a and 8b are located on the branch direction side of the corresponding jet flow output paths 4a and 4b from the center of the nozzle portion. The ends (other ends) opposite to the space 7 of the control paths 8 a and 8 b are opened to the outside of the main body 1.

制御経路8a、8bの途中には、制御経路8a、8bを本体1の外へ開放している状態、または遮断している状態のいずれかに切り替える制御バルブ9a、9bが設けられている。   In the middle of the control paths 8a and 8b, control valves 9a and 9b are provided for switching the control paths 8a and 8b to either a state where the control paths 8a and 8b are opened to the outside of the main body 1 or a state where they are blocked.

次に、流体経路切替素子の動作原理について図2を参照して説明する。流体入力経路2から入力された流体10は、ノズル部6から空間7へ噴流11となって流れ込む。この時、制御バルブ9bを開放、制御バルブ9aを遮断した状態の場合、噴流11の流入速度が速いため、噴流は乱流となり、乱流によってノズル部6近傍では渦を引き起こし空間7の壁面40付近の圧力が低下する。バルブ9bが開放状態にあるため、制御通路8bを通って外部より流体が流入してくる。すると、空間7の壁面40付近の圧力が低い方向、すなわち制御経路8aの開口方向へ噴流11は偏向する。一旦偏向した噴流11はコアンダ効果により空間7の壁面40に沿って流れ、最終的に噴流出力経路4aを通って出力口5aから噴流11は出力される。噴流の出力先を出力口5aから出力口5bに切り替える場合、制御バルブ9aを開放、制御バルブ9bを遮断すると、同様に出力口5bより噴流11は出力される。   Next, the operation principle of the fluid path switching element will be described with reference to FIG. The fluid 10 input from the fluid input path 2 flows into the space 7 as a jet 11 from the nozzle portion 6. At this time, in the state where the control valve 9b is opened and the control valve 9a is shut off, the inflow speed of the jet 11 is fast, so the jet becomes turbulent, and the turbulent flow causes a vortex in the vicinity of the nozzle portion 6 to cause the wall 40 The nearby pressure drops. Since the valve 9b is in an open state, fluid flows from the outside through the control passage 8b. Then, the jet 11 is deflected in the direction where the pressure near the wall surface 40 of the space 7 is low, that is, in the opening direction of the control path 8a. The jet 11 once deflected flows along the wall surface 40 of the space 7 by the Coanda effect, and finally the jet 11 is output from the output port 5a through the jet output path 4a. When the output destination of the jet is switched from the output port 5a to the output port 5b, when the control valve 9a is opened and the control valve 9b is shut off, the jet 11 is similarly output from the output port 5b.

この様に、第1の実施の形態による流体経路切替素子では、噴流11の出力方向を、制御バルブ9a、9bの開閉動作にて切り替えが可能である。噴流11の圧力、流量に比べ、制御経路8a、8bを流れる流体の圧力、流量は非常に小さいものなので、噴流出力経路4a、4bに直接バルブを設ける場合に比べ、制御バルブ9a、9bは小さいバルブで十分である。また、制御経路8a、8bから空間7へ流体が流入される時、噴流11の周囲に発生する渦による負圧を利用しているため、制御経路8a、8bに流体源を接続する必要がない。すなわち、非常に簡便な機構にて噴流11の方向切り替えが可能になる。   As described above, in the fluid path switching element according to the first embodiment, the output direction of the jet 11 can be switched by opening and closing the control valves 9a and 9b. Since the pressure and flow rate of the fluid flowing through the control paths 8a and 8b are very small compared to the pressure and flow rate of the jet 11, the control valves 9a and 9b are smaller than when the valves are directly provided in the jet output paths 4a and 4b. A valve is sufficient. Further, when the fluid flows into the space 7 from the control paths 8a and 8b, the negative pressure caused by the vortex generated around the jet 11 is used, so there is no need to connect a fluid source to the control paths 8a and 8b. . That is, the direction of the jet 11 can be switched by a very simple mechanism.

この様な、実施の形態による流体経路切替素子について、試作、実験を行った。図3に試作、実験に用いた流体経路切替素子を示す。なお、図1に示す実施の形態による流体経路切替素子と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。本体1には変位測定のための測定点12が取り付けられ、噴流11が噴流出力経路4a、4bのいずれから出力されているか検出可能になっている。   Such a fluid path switching element according to the embodiment was prototyped and tested. FIG. 3 shows the fluid path switching element used in the prototype and experiment. The same parts as those of the fluid path switching element according to the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. A measurement point 12 for measuring displacement is attached to the main body 1 so that it can be detected from which of the jet flow paths 4a and 4b the jet flow 11 is output.

図3に示す試作、実験装置を空気を流体として用いる場合(例えば空中を移動する飛翔体)を想定し、ノズル部6の流体10の圧力を0.1MPa〜0.25MPaに、ノズル部6から噴出する噴流11の流量を20.0L/min〜55.0L/minに設定して、ノズル部6、制御経路8a、8b、出力口5a、5bの開口面積と、流体10の圧力および噴流11の流量を変化させて実験を行った。表1にノズル部6の面積、制御経路8a、8bの面積、出力口5a、5bの面積をそれぞれ変化させて行った3種類の実験の切替可否の結果を示している。図4は圧力と流量の条件を種々変化させたときの切替可否をプロットした図である。   Assuming that the prototype and experimental apparatus shown in FIG. 3 use air as a fluid (for example, a flying object that moves in the air), the pressure of the fluid 10 in the nozzle 6 is set to 0.1 MPa to 0.25 MPa, and the nozzle 6 The flow rate of the jet 11 to be ejected is set to 20.0 L / min to 55.0 L / min, the opening area of the nozzle unit 6, the control paths 8 a and 8 b, the output ports 5 a and 5 b, the pressure of the fluid 10, and the jet 11 The experiment was carried out by changing the flow rate of. Table 1 shows the results of whether or not three types of experiments can be switched by changing the area of the nozzle section 6, the areas of the control paths 8a and 8b, and the areas of the output ports 5a and 5b. FIG. 4 is a graph plotting whether or not switching is possible when various conditions of pressure and flow rate are changed.

Figure 2005121209
Figure 2005121209

上述した流量および圧力の範囲内では、条件1および条件3の流体経路切替素子は噴流出力経路の切り替えができなかったが、条件2の流体経路切替素子はノズル部6の流体10の圧力が0.168MPa以上、ノズル部6から噴出する噴流11の流量が43L/min以上の条件で噴流の出力経路の切り替えができた。   Within the range of the flow rate and pressure described above, the fluid path switching element of condition 1 and condition 3 was not able to switch the jet output path, but the fluid path switching element of condition 2 was that the pressure of the fluid 10 in the nozzle portion 6 was 0. The output path of the jet was able to be switched under the condition that the flow rate of the jet 11 ejected from the nozzle unit 6 was 168 MPa or more and 43 L / min or more.

この様に、第1の実施の形態による流体経路切替素子の試作、実験結果によると、ノズル部6の流体10の圧力が0.1MPa以上0.25MPa以下で、かつノズル部6から噴出する噴流11の流量が20.0L/min以上55.0L/min以下で流体経路切替素子を用いる場合、ノズル部6の開口面積は0.32mm2以上5.0mm2未満、および制御経路8a、8bのノズル部6側の開口面積(制御経路面積)は0.32mm2以上5.0mm2未満、噴流出力経路4a、4bの最も細い部分の断面開口面積(出力口面積)は1.6mm2以上25.0mm2未満であれば、噴流の出力経路の切り替えが可能な条件を見出すことが可能であることがわかった。 As described above, according to the prototype of the fluid path switching element according to the first embodiment and the experimental results, the pressure of the fluid 10 in the nozzle portion 6 is 0.1 MPa or more and 0.25 MPa or less, and the jet is ejected from the nozzle portion 6. 11 is 20.0 L / min or more and 55.0 L / min or less and the fluid path switching element is used, the opening area of the nozzle portion 6 is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 , and the control paths 8a and 8b The opening area (control path area) on the nozzle part 6 side is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 , and the cross-sectional opening area (output port area) of the narrowest part of the jet flow output paths 4a and 4b is 1.6 mm 2 or more and 25. It was found that if it is less than 0.0 mm 2 , it is possible to find a condition that allows the switching of the jet output path.

なお、第1の実施の形態による流体経路切替素子では、2本の制御経路8a、8bの切り替えを2つの制御バルブ9a、9bで行っているが、図6に示す三方弁1つでも切り替え可能である。三方弁本体13に設けられた入力ポート14aは流体経路切替素子の外部へ開放されている。一方、出力ポート14b、14cは流体経路切替素子の制御経路8a(第1の経路)、8b(第2の経路)に接続されている。切り替え弁15が往復動作することにより、入力ポート14aの接続先が出力ポート14b、14cの何れかへ切り替えられる。出力ポート14b、14cへの切り替えの結果、流体経路切替素子の外部と制御経路8a、8bとの接続が切り替えられ、噴流の出力方向が噴流出力経路4a(第1の噴流出力経路)、4b(第2の噴流出力経路)へと切り替えられる。   In the fluid path switching element according to the first embodiment, the two control paths 8a and 8b are switched by the two control valves 9a and 9b, but can be switched by only one three-way valve shown in FIG. It is. An input port 14a provided in the three-way valve body 13 is open to the outside of the fluid path switching element. On the other hand, the output ports 14b and 14c are connected to the control paths 8a (first path) and 8b (second path) of the fluid path switching element. As the switching valve 15 reciprocates, the connection destination of the input port 14a is switched to either the output port 14b or 14c. As a result of switching to the output ports 14b and 14c, the connection between the outside of the fluid path switching element and the control paths 8a and 8b is switched, and the jet output direction is the jet output path 4a (first jet output path), 4b ( (Second jet output path).

(第2の実施の形態)
以下に、本発明による第2の実施の形態にかかる、流体中自由運動体について図7を参照しながら説明する。なお、本発明による第1の実施の形態と同一部分については同一符号で示し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a free moving body in fluid according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those of the first embodiment according to the present invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

流体経路切替素子の本体1の内部には流体入力経路2が設けられている。流体入力経路2の一方の端は、流体の供給源と接続可能である入力口3となっている。流体入力経路2の他方の端は本体1の内部で分割され、複数(本実施の形態では2つ)の噴流出力経路4a、4bの一方の端と接続されている。噴流出力経路4a、4bの他方の端は本体の外部へ噴流を出力するための出力口5a、5bとなっている。   A fluid input path 2 is provided inside the main body 1 of the fluid path switching element. One end of the fluid input path 2 is an input port 3 that can be connected to a fluid supply source. The other end of the fluid input path 2 is divided inside the main body 1 and connected to one end of a plurality (two in the present embodiment) of jet output paths 4a and 4b. The other ends of the jet output paths 4a and 4b serve as output ports 5a and 5b for outputting the jet to the outside of the main body.

流体入力経路2の途中にはノズル部6が設けられている。流体入力経路2の流体の流れに対して略直交する方向の断面積は、流体がノズル部6を通過した直後広い空間7へと流れ込むように、ノズル部6から流体入力経路2が複数の噴流出力経路4a、4bに接続される部分にかけて変化している。   A nozzle portion 6 is provided in the middle of the fluid input path 2. The cross-sectional area of the fluid input path 2 in the direction substantially orthogonal to the fluid flow is such that the fluid input path 2 is a plurality of jets from the nozzle section 6 so that the fluid flows into the wide space 7 immediately after passing through the nozzle section 6. It changes over the part connected to the output paths 4a and 4b.

ノズル部6と、流体入力経路2が複数の噴流出力経路4a、4bに分割される分割部分との間のノズル部6近傍には、噴流出力経路4a,4bと同数の制御経路(本実施の形態では2つ)8a、8bが設けられている。制御経路8a、8bのノズル部6側の一端は、空間7に開口している。制御経路8a、8bの空間7と反対の端(他端)は、三方弁50の筐体51に設けられた出力管52a、52bの一方の端と、接続経路53によって接続されている。   In the vicinity of the nozzle portion 6 between the nozzle portion 6 and the divided portion where the fluid input path 2 is divided into a plurality of jet output paths 4a and 4b, the same number of control paths as the jet output paths 4a and 4b (this embodiment) 2) 8a and 8b are provided. One end of the control paths 8 a and 8 b on the nozzle part 6 side opens into the space 7. The ends (other ends) opposite to the space 7 of the control paths 8 a and 8 b are connected to one ends of output pipes 52 a and 52 b provided in the casing 51 of the three-way valve 50 by the connection path 53.

筐体51の内部には空間54が設けられている。出力管52a、52bの反対の端は空間54に開口されている。この出力管52aの開口部である接触部55a(第1の接触部)を塞ぐことにより、制御経路8aの空間7と反対の端が塞がれた状態となる。同様に、この出力管52bの開口部である接触部55b(第2の接触部)を塞ぐことにより、制御経路8bの空間7と反対の端が塞がれた状態となる。   A space 54 is provided inside the housing 51. Opposite ends of the output tubes 52 a and 52 b are opened in the space 54. By closing the contact portion 55a (first contact portion) which is the opening of the output pipe 52a, the end opposite to the space 7 of the control path 8a is closed. Similarly, by closing the contact portion 55b (second contact portion) which is the opening portion of the output pipe 52b, the end opposite to the space 7 of the control path 8b is closed.

空間54の内部には、圧電素子56が設けられている。圧電素子56は電流供給手段57と電気的に接続されている。電流供給手段57から電流を圧電素子56に印加すると、圧電素子56は圧電素子56の曲げ方向へ弾性変形し、この弾性変形によって圧電素子56の先端が接触部55a、55bと近づいたり離れたりするように、圧電素子56は設けられている。圧電素子56が接触部55a、55bのどちらから離れてどちらに近づくかは、圧電素子56に印加する電流の極性によって選択される。   A piezoelectric element 56 is provided in the space 54. The piezoelectric element 56 is electrically connected to the current supply means 57. When a current is applied from the current supply means 57 to the piezoelectric element 56, the piezoelectric element 56 is elastically deformed in the bending direction of the piezoelectric element 56, and the elastic element causes the tip of the piezoelectric element 56 to approach or separate from the contact portions 55a and 55b. As described above, the piezoelectric element 56 is provided. Which one of the contact portions 55a and 55b is away from and closer to which of the contact points 55a and 55b is selected depending on the polarity of the current applied to the piezoelectric element 56.

圧電素子56の先端近傍には、例えばゴムなどのパッキン部材からなる接点部58が設けられている。接点部58は圧電素子56が弾性変形することにより、接触部55a、55bと接触し、接触部55a、55bを塞ぐことができる。すなわち接点部58が接触部55a、55bと接触する位置へ移動したり離れたりすることにより、接触部55a、55bを塞ぐことができる。接点部58が接触部55a、55bのどちらから離れてどちらと接触する位置へ移動するかは、圧電素子56に印加する電流の極性によって選択される。   Near the tip of the piezoelectric element 56, a contact portion 58 made of a packing member such as rubber is provided. When the piezoelectric element 56 is elastically deformed, the contact portion 58 comes into contact with the contact portions 55a and 55b and can close the contact portions 55a and 55b. That is, the contact portions 58a and 55b can be closed by moving the contact portion 58 to a position where it comes into contact with the contact portions 55a and 55b. Whether the contact portion 58 moves away from which of the contact portions 55a and 55b contacts with which of the contact portions 58a or 55b is selected according to the polarity of the current applied to the piezoelectric element 56.

筐体51には、入力管59が設けられている。入力管59の一端は、空間54に開口されており、他端は筐体51および本体1の外部へ開口されている。従って、三方弁50は、電流供給手段57から圧電素子56へ印加する電流の極性を切り替えることにより、接点部58にて接触部55aまたは55bを閉鎖し、制御経路8a、8bの空間7と反対の端を、筐体51および本体1の外部へ開放する状態またはしない状態を切り替えることができるように構成されている。   The housing 51 is provided with an input tube 59. One end of the input tube 59 is opened to the space 54, and the other end is opened to the outside of the housing 51 and the main body 1. Therefore, the three-way valve 50 closes the contact portion 55a or 55b at the contact portion 58 by switching the polarity of the current applied from the current supply means 57 to the piezoelectric element 56, and is opposite to the space 7 of the control paths 8a and 8b. Is configured to be able to switch between a state in which the end is opened to the outside of the casing 51 and the main body 1 or a state in which the end is not opened.

このように、第2の実施の形態による流体経路切替素子では、噴流11の出力方向を、三方弁50にて切り替えが可能である。噴流11の圧力、流量に比べ、制御経路8a、8bを流れる流体の圧力、流量は非常に小さいものなので、噴流出力経路4a、4bに直接バルブを設ける場合に比べ、三方弁50は小さいもので十分である。また、制御経路8a、8bから空間7へ流体が流入される時、噴流11の周囲に発生する渦による負圧を利用しているため、制御経路8a、8bに流体源を接続する必要がない。すなわち、非常に簡便な機構にて噴流11の方向切り替えが可能になる。   Thus, in the fluid path switching element according to the second embodiment, the output direction of the jet 11 can be switched by the three-way valve 50. Since the pressure and flow rate of the fluid flowing through the control paths 8a and 8b are very small compared to the pressure and flow rate of the jet 11, the three-way valve 50 is smaller than when the valves are directly provided in the jet flow paths 4a and 4b. It is enough. Further, when the fluid flows into the space 7 from the control paths 8a and 8b, the negative pressure caused by the vortex generated around the jet 11 is used, so there is no need to connect a fluid source to the control paths 8a and 8b. . That is, the direction of the jet 11 can be switched by a very simple mechanism.

また、第2の実施の形態による流体経路切替素子では、2系統のみの切り替えであったが、3系統以上の切り替えにも適用可能である。   Further, in the fluid path switching element according to the second embodiment, only two systems are switched, but the present invention can also be applied to switching of three systems or more.

また、第2の実施の形態による流体経路切替素子では、本体1と筐体51は別の部材で構成したが、本体1と筐体51を一体で構成しても構わない。   Further, in the fluid path switching element according to the second embodiment, the main body 1 and the casing 51 are configured by different members, but the main body 1 and the casing 51 may be configured integrally.

また、図8に示すように、圧電素子56に換えて、圧電素子56aと延長部材60を組み合わせて用いても構わない。   Further, as shown in FIG. 8, the piezoelectric element 56 a and the extension member 60 may be used in combination instead of the piezoelectric element 56.

空間54の内部には、圧電素子56aが設けられている。圧電素子56aは電流供給手段57と電気的に接続されている。圧電素子56aは一端が筐体51に固定され、他端には延長部60が設けられている。電流供給手段57から電流を圧電素子56aに印加すると、圧電素子56aは圧電素子56aの曲げ方向へ弾性変形し、この弾性変形によって延長部60の先端が接触部55a、55bと近づいたり離れたりするように、圧電素子56aと延長部60は設けられている。延長部60が接触部55a、55bのどちらから離れてどちらに近づくかは、圧電素子56aに印加する電流の極性によって選択される。   Inside the space 54, a piezoelectric element 56a is provided. The piezoelectric element 56 a is electrically connected to the current supply means 57. One end of the piezoelectric element 56a is fixed to the housing 51, and an extension 60 is provided at the other end. When current is applied to the piezoelectric element 56a from the current supply means 57, the piezoelectric element 56a is elastically deformed in the bending direction of the piezoelectric element 56a, and the elastic deformation causes the tip of the extension portion 60 to approach or separate from the contact portions 55a and 55b. As described above, the piezoelectric element 56a and the extension 60 are provided. Which of the contact portions 55a and 55b is away from and which of the extension portions 60 is closer to is selected depending on the polarity of the current applied to the piezoelectric element 56a.

空間54の内部には支点61が設けられている。支点61は圧電素子56aの他端近傍を、圧電素子56aが圧電素子56aの曲げ方向へ弾性変形できるように、すなわち自由端となるように支持している。圧電素子56aが支点61にて支持された場合、延長部60の長さを十分にとることにより、延長部60の先端が接触部55a、55bと近づいたり離れたりする往復運動の往復距離が大きくなる。   A fulcrum 61 is provided inside the space 54. The fulcrum 61 supports the vicinity of the other end of the piezoelectric element 56a so that the piezoelectric element 56a can be elastically deformed in the bending direction of the piezoelectric element 56a, that is, a free end. When the piezoelectric element 56a is supported by the fulcrum 61, the reciprocating distance of the reciprocating motion in which the tip of the extending portion 60 approaches or separates from the contact portions 55a and 55b is increased by sufficiently taking the length of the extending portion 60. Become.

延長部60の先端近傍には、例えばゴムなどのパッキン部材からなる接点部58が設けられている。接点部58は圧電素子56aが弾性変形することにより、接触部55a、55bと接触し、接触部55a、55bを塞ぐことができる。   A contact portion 58 made of a packing member such as rubber is provided near the tip of the extension portion 60. When the piezoelectric element 56a is elastically deformed, the contact portion 58 can contact the contact portions 55a and 55b and close the contact portions 55a and 55b.

このように、本発明による第2の実施の形態の変形例による流体経路切替素子では、本発明による第2の実施の形態による流体経路切替素子に比べ、延長部60の先端が接触部55a、55bと近づいたり離れたりする往復運動の往復距離を大きくすることができるので、小さな圧電素子56aを用いた場合でも接触部55a、55b部分を開いたり塞いだりする動作を確実に行うことができる。すなわち、流体経路切替素子をより小型化ことができる。   As described above, in the fluid path switching element according to the modification of the second embodiment according to the present invention, the tip of the extension 60 is in contact with the contact portion 55a, compared to the fluid path switching element according to the second embodiment according to the present invention. Since the reciprocating distance of the reciprocating motion that approaches and separates from 55b can be increased, the operation of opening and closing the contact portions 55a and 55b can be reliably performed even when the small piezoelectric element 56a is used. That is, the fluid path switching element can be further downsized.

また、図9、図10に示すように、接点部58に換えてガイド部62を有する環状部材63を用いても構わない。環状部材63は延長部60に沿ってガイド部62にて摺動可能可能な状態で設けられている。圧電素子56aに電流を印加し環状部材63を接触部55a、55bと接触させると、図9に示すように環状部材63は楕円状につぶれた状態となって接触部55a、55b部分と接触し、接触部55a、55bを塞ぐことができる。環状部材63が楕円状につぶれた状態となり、環状部材63が接触部55a、55bを塞ぐ際、環状部材63と接触部55a、55bの密封性が向上し、接触部55a、55b部分を開いたり塞いだりする動作を確実に行うことができる。   Further, as shown in FIGS. 9 and 10, an annular member 63 having a guide portion 62 may be used instead of the contact portion 58. The annular member 63 is provided so as to be slidable along the extension portion 60 by the guide portion 62. When an electric current is applied to the piezoelectric element 56a and the annular member 63 is brought into contact with the contact portions 55a and 55b, the annular member 63 is collapsed into an elliptical shape as shown in FIG. 9 and comes into contact with the contact portions 55a and 55b. The contact portions 55a and 55b can be closed. When the annular member 63 is collapsed into an elliptical shape and the annular member 63 closes the contact portions 55a and 55b, the sealing performance of the annular member 63 and the contact portions 55a and 55b is improved, and the contact portions 55a and 55b are opened. It is possible to reliably perform the closing operation.

(第3の実施の形態)
以下に、本発明による第3の実施の形態にかかる、流体中自由運動体について図11を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a free moving body in fluid according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

胴体21と、4枚の操舵翼22a〜22dとからなる流体中自由運動体のボディー20は、流体中を運動する際、流体からボディー20にかかる力のバランスを制御して姿勢を制御する。以下、4枚の操舵翼22a〜22dの中の1枚22bについて説明する。その他の3枚の操舵翼22aおよび22c〜22dについては、構成および作用が操舵翼22bと同様のためその説明を省略する。   When the body 20 of the free moving body in fluid composed of the body 21 and the four steering blades 22a to 22d moves in the fluid, the posture is controlled by controlling the balance of the force applied to the body 20 from the fluid. Hereinafter, one of the four steering blades 22a to 22d will be described. The other three steering blades 22a and 22c to 22d are the same in configuration and operation as the steering blade 22b, and thus description thereof is omitted.

操舵翼22bの表面には、噴流を噴出するための出力口(噴出口)23a、23bが設けられている。ボディー20の内部には、第1の実施の形態による流体経路切替素子が設けられている。なお、図1〜図2に示す実施の形態による流体経路切替素子の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。第1の実施の形態による流体経路切替素子は、流体源24より流体(図示せず)が供給される。第1の実施の形態による流体経路切替素子によって噴流が形成され、操舵翼22bの表面に設けられた出力口23a、23bのいずれか一方から噴流を噴出させることができる。   On the surface of the steering blade 22b, output ports (spout ports) 23a and 23b for ejecting a jet are provided. Inside the body 20, the fluid path switching element according to the first embodiment is provided. In addition, the same part as each part of the fluid path | route switching element by embodiment shown in FIGS. 1-2 is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted. The fluid path switching element according to the first embodiment is supplied with fluid (not shown) from the fluid source 24. A jet flow is formed by the fluid path switching element according to the first embodiment, and the jet flow can be ejected from one of the output ports 23a and 23b provided on the surface of the steering blade 22b.

次に、出力口23a、23bより噴出された噴流による操舵翼22bにかかる力について図12を参照しながら説明する。操舵翼22bの周囲には、流体の流れ25a、25bが操舵翼22bに付着するように流れている。図12(a)に示すように、噴流11が噴出していない状態では、流れ25a、25bは操舵翼22bの周りを対象に流れている。しかし、図12(b)に示すように、出力口23aから噴流11を噴出させると、流れ25a、25bの流れる方向は偏向し、操舵翼22bには流体の流れ方向に対し垂直方向の力26が発生する。   Next, the force applied to the steering blade 22b by the jets ejected from the output ports 23a and 23b will be described with reference to FIG. Around the steering blade 22b, fluid flows 25a and 25b flow so as to adhere to the steering blade 22b. As shown in FIG. 12A, when the jet 11 is not ejected, the flows 25a and 25b flow around the steering blade 22b. However, as shown in FIG. 12B, when the jet stream 11 is ejected from the output port 23a, the flow direction of the flows 25a and 25b is deflected, and the force 26 in the direction perpendicular to the fluid flow direction is exerted on the steering blade 22b. Occurs.

この様に、第3の実施の形態による流体中自由運動体は、従来の流体中自由運動体に比べ、制御機構に必要な空間、重量、エネルギーが非常に小さいため、流体中自由運動体の小型化、軽量化が可能となる。これは、流体中自由運動体の設計の自由度が増すばかりでなく、流体中自由運動体のもつ運動エネルギーが減少し、流体との抵抗が減少し、航続距離の延長、運動性能の向上が実現できる。   Thus, the free moving body in fluid according to the third embodiment requires much less space, weight, and energy for the control mechanism than the conventional free moving body in fluid. It becomes possible to reduce the size and weight. This not only increases the degree of freedom in designing the free moving body in the fluid, but also reduces the kinetic energy of the free moving body in the fluid, reduces the resistance to the fluid, extends the cruising distance, and improves the motion performance. realizable.

なお、制御バルブ9a、9bに換えて三方弁、例えば本発明の第2の実施の形態にかかる流体経路切替素子に用いた三方弁50を用いても構わない。例えば図13に示すように、操舵翼22bの内部に三方弁50を設けることができる。この時、入力管59はボディー20の任意の位置で、ボディー20の外部に開口されている。また、出力管52a、52bは制御ポート8a、8bに連通している。このように、第3の実施の形態の変形例による流体中自由運動体は、制御バルブ9a、9bに換えて三方弁50を操舵翼(図13では代表して操舵翼22b)の内部に設けることにより、ボディー20をより小型化することができる。   Instead of the control valves 9a and 9b, a three-way valve, for example, the three-way valve 50 used in the fluid path switching element according to the second embodiment of the present invention may be used. For example, as shown in FIG. 13, a three-way valve 50 can be provided inside the steering blade 22b. At this time, the input tube 59 is opened to the outside of the body 20 at an arbitrary position of the body 20. The output pipes 52a and 52b communicate with the control ports 8a and 8b. As described above, in the fluid free moving body according to the modification of the third embodiment, the three-way valve 50 is provided inside the steering blade (representatively, the steering blade 22b in FIG. 13) instead of the control valves 9a and 9b. As a result, the body 20 can be further downsized.

(第4の実施の形態)
以下に、本発明による第4の実施の形態にかかる、流体中自由運動体の姿勢制御方法について図11、図14、図15を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a posture control method for a free moving body in fluid according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 14, and 15.

4枚の操舵翼22a〜22dを有する流体中自由運動体では、4枚の操舵翼の組み合わせにより、流体中自由運動体の姿勢をヨーイング方向、ピッチング方向、ローリング方向のいずれの方向へも自由に制御可能である。例えば、図11において流体中自由運動体のボディーを図中上方向(ピッチング方向)へ向ける場合、操舵翼22aおよび22bの周囲を流れる流体の圧力分布を、流体の流れ方向に対し、垂直下方向への力が発生する様にすると、目的の方向へ流体中自由運動体の姿勢が変化する。このとき場合によっては、流体の抵抗や流体中自由運動体自身が発生する推力などの条件により、進行方向も同時に変化する。   In a fluid free moving body having four steering blades 22a to 22d, the posture of the fluid free moving body can be freely adjusted in any of the yawing direction, the pitching direction, and the rolling direction by combining four steering blades. It can be controlled. For example, in FIG. 11, when the body of the free moving body in fluid is directed upward in the figure (pitching direction), the pressure distribution of the fluid flowing around the steering blades 22a and 22b is reduced vertically downward with respect to the fluid flow direction. If the force is generated, the posture of the free moving body in the fluid changes in the target direction. At this time, depending on conditions such as the resistance of the fluid and the thrust generated by the free moving body itself in the fluid, the traveling direction also changes at the same time.

この時、目標位置に対して、最適な姿勢となるように姿勢制御する場合、流体中自由運動体の姿勢の変化の速度も重要になる。時には目標位置へ到達するためには急激な姿勢の変化が必要となり、時には姿勢の変化の際に流体との抵抗を最小限度に抑え、流体中自由運動体の運動エネルギーの量をできるだけ多く保持するために緩やかな姿勢の変化が必要となる場合がある。この様な場合、各噴出口より噴流を噴出させる時間の比を制御する。   At this time, when posture control is performed so as to obtain an optimum posture with respect to the target position, the speed of the posture change of the free moving body in the fluid is also important. Sometimes a rapid posture change is required to reach the target position, and sometimes the resistance to the fluid is minimized during the posture change, and the amount of kinetic energy of the free moving body in the fluid is kept as much as possible. Therefore, a gradual change in posture may be required. In such a case, the ratio of the time during which the jet is ejected from each ejection port is controlled.

図14に本実施の形態のブロック図を示す。   FIG. 14 shows a block diagram of the present embodiment.

流体中自由運動体には、流体中自由運動体の位置情報を得るための位置情報センサー31が設けられている。位置情報センサー31は、例えばレーダ、赤外線カメラ、GPS等が用いられる場合が多い。また、流体中自由運動体には、流体中自由運動体の例えば速度や姿勢等の運動状況の情報を得るための運動状況のセンサー33が設けられている。運動状況のセンサー33は、例えば地磁気センサー、速度計、角速度計等が用いられる場合が多い。流体中自由運動体の操舵翼22a〜22dに力を発生させるため、例えば第1の実施の形態に示す流体経路切替素子が設けられ、制御バルブ9a、9bによって噴流の出力経路が切り替えられる。位置情報センサー31および運動状況のセンサー33ならびに制御バルブ9a、9bは制御装置32に接続され、入出力が制御される。   The fluid free moving body is provided with a position information sensor 31 for obtaining position information of the fluid free moving body. For the position information sensor 31, for example, a radar, an infrared camera, a GPS, or the like is often used. The free moving body in fluid is provided with a motion state sensor 33 for obtaining information on the moving state of the free moving body in fluid, such as speed and posture. As the motion status sensor 33, for example, a geomagnetic sensor, a speedometer, an angular speedometer, or the like is often used. In order to generate a force on the steering blades 22a to 22d of the free moving body in the fluid, for example, the fluid path switching element shown in the first embodiment is provided, and the output path of the jet is switched by the control valves 9a and 9b. The position information sensor 31, the exercise condition sensor 33, and the control valves 9a and 9b are connected to the control device 32 to control input / output.

図15に本実施の形態のフローチャートを示す。   FIG. 15 shows a flowchart of the present embodiment.

まず、流体中自由運動体の制御装置32は、流体中自由運動体の現在位置に対する目標到達位置の方向(F)、距離(D)の情報を位置情報センサー31から取得する(S1)。   First, the control device 32 for the free moving body in fluid acquires information on the direction (F) and distance (D) of the target arrival position relative to the current position of the free moving body in fluid from the position information sensor 31 (S1).

次に、目標到達位置の方向、距離の情報を得た制御装置32は、既に流体中自由運動体が目標到達位置に対してあらかじめ設定された距離(しきい値)以下の場合は、目標到達位置に到達したと判断する。目標到達位置にまだ達していない場合、流体中自由運動体の制御装置32は、目標到達位置に近づくための姿勢制御を開始する(S2)。   Next, the control device 32 that has obtained the information on the direction and distance of the target reaching position has already reached the target if the free moving body in the fluid is less than or equal to the preset distance (threshold) with respect to the target reaching position. It is determined that the position has been reached. When the target reaching position has not been reached, the control device 32 for the free moving body in fluid starts posture control for approaching the target reaching position (S2).

続いて、流体中自由運動体の制御装置32は、現在の流体中自由運動体の運動の状況、例えば速度(v)や姿勢(S)等の情報を運動状況のセンサー33から取得する(S3)。目標到達位置の方向および距離と現在の流体中自由運動体の運動の情報から、制御装置32は目標姿勢、および現在の姿勢と目標姿勢の差異(ΔS)、すなわち目標到達位置に近づくための流体中自由運動体の操舵量を決定する(S4)。   Subsequently, the control device 32 of the free moving body in fluid acquires information about the current state of motion of the free moving body in fluid, for example, speed (v) and posture (S) from the motion state sensor 33 (S3). ). From the information on the direction and distance of the target reaching position and the current motion of the free moving body in the fluid, the control device 32 determines the target posture and the difference between the current posture and the target posture (ΔS), that is, the fluid for approaching the target reaching position. The steering amount of the middle free moving body is determined (S4).

制御装置32は、決定した操舵量に応じて、操舵翼22a〜22dに設けられた合計8系統の出力口から噴流を噴出させる噴出時間の比(Cx x=1〜8)を決定し(S5)、各出力口から決定した噴出時間の比に従って噴流を噴出させ、流体中自由運動体の姿勢を目標姿勢に近づけて(S6)、再び目標到達位置の距離(F)、方向(D)の入力(S1)へ戻る。 The control device 32 determines the ratio (C x x = 1 to 8) of the ejection time during which the jet flow is ejected from a total of eight output ports provided in the steering blades 22a to 22d according to the determined steering amount ( S5) A jet is ejected according to the ratio of the ejection time determined from each output port, the posture of the free moving body in the fluid is brought close to the target posture (S6), and the distance (F) and direction (D) of the target arrival position again. Return to (S1).

次に、噴流を噴出させる手順(S6)の詳細について図15(a)および図15(b)を参照しながら説明する。制御装置32は噴出時間の比に応じて噴出時間を決定する。この時、噴出時間の決定には2通りの方法が考えられる。   Next, details of the procedure (S6) for ejecting the jet will be described with reference to FIGS. 15 (a) and 15 (b). The control device 32 determines the ejection time according to the ratio of the ejection time. At this time, two methods can be considered for determining the ejection time.

まず図15(a)に示す方法について説明する。   First, the method shown in FIG.

流体中自由運動体の移動速度や重量等の条件に応じて、噴流を噴出させる1回の制御単位に要するサイクル時間、すなわち単位噴出時間(t1)を決定する。単位噴出時間はあらかじめ決定した定数でも、流体中自由運動体の状況に応じて、別途決定する変数でも構わない。 The cycle time required for one control unit for ejecting the jet, that is, the unit ejection time (t 1 ) is determined according to the conditions such as the moving speed and weight of the free moving body in the fluid. The unit ejection time may be a constant determined in advance or may be a variable determined separately according to the situation of the free moving body in the fluid.

単位噴出時間t1を決定した噴出時間の比に分割し、各噴出口から噴流を噴出させる噴出時間(TX=t1×Cx/ΣC X=1〜8)を決定する(Sa1)。この時、第1の実施の形態の流体経路切替素子が切り替えできない噴出時間、すなわち流体経路切替素子の応答性能を超えた短い噴出時間となった場合、噴出時間(Tx)はゼロ(噴出しない)または流体経路切替素子の応答性能を超えない値とする。 The unit ejection time t 1 is divided into the determined ejection time ratio, and the ejection time (T X = t 1 × C x / ΣC X = 1 to 8) for ejecting the jet from each ejection port is determined (Sa1). At this time, when the ejection time during which the fluid path switching element of the first embodiment cannot be switched, that is, a short ejection time exceeding the response performance of the fluid path switching element, the ejection time (Tx) is zero (no ejection). Alternatively, the value should not exceed the response performance of the fluid path switching element.

各噴出口から噴流を噴出させる時間が決定した後、制御装置32はカウンタ(本実施の形態では1〜8)を設定する(Sa2)。制御装置32は分割された噴出時間(TX X=1〜8)、噴出口Nから噴流が噴出するように対応する流体経路切替素子の制御バルブを切り替える(Sa3)。具体的には、例えば制御装置32内の処理部34は制御バルブの開放時間(噴出時間TX)、遮断時間(単位噴出時間t1−噴出時間TX)を、制御装置32内のタイマー回路とIOコントロール回路を有するインターフェース35へ出力し、インターフェース35は各制御バルブを処理部34の出力に応じて開閉する。制御装置32は、これをカウンタを用いて噴出口の数だけ繰り返し(Sa4)、メインルーチンへ戻る。 After determining the time during which the jet flow is ejected from each ejection port, the control device 32 sets a counter (1 to 8 in the present embodiment) (Sa2). Controller 32 divided jetting time (T X X = 1~8), the jet from the spout N switches the control valve of the corresponding fluid path switching element to eject (Sa3). Specifically, for example, the processing unit 34 in the control device 32 sets the control valve opening time (spout time T X ) and shut-off time (unit spray time t 1 -spout time T X ) to the timer circuit in the control device 32. Output to an interface 35 having an IO control circuit. The interface 35 opens and closes each control valve in accordance with the output of the processing unit 34. The control device 32 repeats this by the number of outlets using a counter (Sa4), and returns to the main routine.

次に図15(b)に示す方法について説明する。   Next, the method shown in FIG. 15B will be described.

流体経路切替素子の応答性能より、流体経路切替素子が噴流を切り替えることができる最短時間(最小噴出時間t2)を決定する。制御装置32は最小噴出時間t2と決定した噴出時間の比の積(噴出時間 TX=Cx×t2 X=1〜8)を求める(Sb1)。 From the response performance of the fluid path switching element, the shortest time (minimum ejection time t 2 ) during which the fluid path switching element can switch the jet flow is determined. The control device 32 obtains the product of the ratio of the minimum ejection time t 2 and the determined ejection time (ejection time T X = C x × t 2 X = 1 to 8) (Sb1).

各噴出口から噴流を噴出させる時間が決定した後、制御装置32はカウンタ(本実施の形態では1〜8)を設定する(Sb2)。制御装置32は求められた噴出時間(TX X=1〜8)、噴出口Nから噴流が噴出するように対応する流体経路切替素子の制御バルブを切り替える(Sb3)。具体的には上述した図15(a)の例と同様に、例えば制御装置32内の処理部34は各バルブの開放時間(噴出時間TX)、遮断時間(Σ噴出時間T−噴出時間TX)を、制御装置32内のタイマー回路とIOコントロール回路を有するインターフェース35へ出力し、インターフェース35は各制御バルブを処理部34の出力に応じて開閉する。制御装置32は、これをカウンタを用いて噴出口の数だけ繰り返し(Sb4)、メインルーチンへ戻る。 After determining the time during which the jet flow is ejected from each ejection port, the control device 32 sets a counter (1 to 8 in the present embodiment) (Sb2). The control device 32 switches the control valve of the corresponding fluid path switching element so that the jet flow is ejected from the ejection port N for the determined ejection time (T X X = 1 to 8) (Sb3). Specifically, as in the example of FIG. 15A described above, for example, the processing unit 34 in the control device 32 is configured such that the opening time (spout time T X ) and shut-off time (Σ spout time T−spout time T) of each valve. X ) is output to an interface 35 having a timer circuit and an IO control circuit in the control device 32, and the interface 35 opens and closes each control valve according to the output of the processing unit 34. The control device 32 repeats this as many times as the number of jets using a counter (Sb4), and returns to the main routine.

ここで、流体経路切替素子の応答性能について図3に示す流体経路切替素子を用いて実験を行ったので、結果を図5を参照しながら説明する。ここで図5中上段のグラフは測定点12の加速度を、下段のグラフは制御バルブ9a、9bへの入力信号を示す。図5に示す通り、制御バルブ9a、9bを10Hz、20Hzと高速に切り替えを行っても、制御バルブ9a、9bの切り替えに応じて噴流11が出力口5a、5bと切り替えられることが確認できた。   Here, the response performance of the fluid path switching element was tested using the fluid path switching element shown in FIG. 3, and the results will be described with reference to FIG. Here, the upper graph in FIG. 5 shows the acceleration at the measurement point 12, and the lower graph shows the input signals to the control valves 9a and 9b. As shown in FIG. 5, even when the control valves 9a and 9b are switched at a high speed of 10 Hz and 20 Hz, it has been confirmed that the jet 11 can be switched to the output ports 5a and 5b in accordance with the switching of the control valves 9a and 9b. .

この様に、第4の実施の形態による流体中自由運動体の姿勢制御方法は、各噴出口から噴出時間の比に従って噴流を噴出させるので、大きく舵を切りたい場合についても、小さく舵を切りたい場合についても、対応が可能となる。また、第4の実施の形態による流体経路切替素子は、噴流の噴出先の選択を非常に高速に切り替え可能なため、デジタル(2値的)に切り替えられた噴流ではあるが、高速な切り替えを反復することで、中間値的な操舵量、量の時間的変化といったアナログ(比例的)的な操舵が可能で、なめらかな姿勢制御が可能となる。   As described above, the posture control method of the free moving body in the fluid according to the fourth embodiment causes the jets to be ejected from the respective ejection outlets in accordance with the ratio of the ejection time. Even if you want to, you can respond. In addition, the fluid path switching element according to the fourth embodiment is capable of switching the jet destination of the jet at a very high speed. By iterating, analog (proportional) steering such as an intermediate steering amount and a temporal change in the amount is possible, and smooth attitude control is possible.

なお、本発明は上述したような各実施の形態に限定されるものではなく、形状や材質、構成を変更してもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更して実施することができる。例えば、第4の実施の形態による流体中自由運動体の姿勢制御方法では、1回の目標姿勢の決定に対して、噴流を噴出させる手順(S6)の呼び出しが1回である例を紹介したが、例えば、1回の目標姿勢の決定に対し、噴流を噴出させる手順(S6)を複数回呼び出してもかまわない。センサーの応答性能や制御装置32の演算処理能力、流体経路切替素子の応答性能のバランスから任意に決定することも可能である。   In addition, this invention is not limited to each embodiment as mentioned above, A shape, a material, and a structure may be changed and it changes and implements within the range which does not deviate from the meaning of this invention. it can. For example, in the posture control method of the free moving body in fluid according to the fourth embodiment, an example in which the call of the procedure (S6) for ejecting the jet is performed once for the determination of the target posture once. However, for example, the procedure (S6) for ejecting the jet may be called a plurality of times for one determination of the target posture. It is also possible to arbitrarily determine the balance from the response performance of the sensor, the arithmetic processing capability of the control device 32, and the response performance of the fluid path switching element.

また、図15(a)、図15(b)の2通りの方法は、もう一方の方法や他の方法と組み合わせて使用したり、図11の流体経路切替素子が操舵翼の内部に設けられていたりしてもかまわない。   Further, the two methods shown in FIGS. 15A and 15B can be used in combination with the other method or another method, or the fluid path switching element shown in FIG. 11 is provided inside the steering blade. It doesn't matter if you do.

本発明による流体経路切替素子の第1の実施の形態を示す構成図。The block diagram which shows 1st Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第1の実施の形態を示す構成図。The block diagram which shows 1st Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の実験サンプルを示す構成図。The block diagram which shows the experimental sample of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の実験結果を示す図。The figure which shows the experimental result of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の実験結果を示す図。The figure which shows the experimental result of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第1の実施の形態の変形例を示す構成図。The block diagram which shows the modification of 1st Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第2の実施の形態を示す構成図。The block diagram which shows 2nd Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第2の実施の形態の変形例を示す構成図。The block diagram which shows the modification of 2nd Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第2の実施の形態の変形例を示す構成図。The block diagram which shows the modification of 2nd Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体経路切替素子の第2の実施の形態の変形例を示す構成図。The block diagram which shows the modification of 2nd Embodiment of the fluid path | route switching element by this invention. 本発明による流体中自由運動体の実施の形態を示す構成図。The block diagram which shows embodiment of the free-moving body in fluid by this invention. 本発明による流体中自由運動体の実施の形態を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows embodiment of the free-moving body in fluid by this invention. 本発明による流体中自由運動体の実施の形態の変形例を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the modification of embodiment of the free-motion body in fluid by this invention. 本発明による流体中自由運動体の姿勢制御方法の実施の形態を示すブロック図。The block diagram which shows embodiment of the attitude | position control method of the free motion body in fluid by this invention. 本発明による流体中自由運動体の姿勢制御方法の実施の形態を示すフローチャート。The flowchart which shows embodiment of the attitude | position control method of the free-moving body in fluid by this invention. 従来の流体中自由運動体の構成図。The block diagram of the conventional free-moving body in fluid. 従来の流体中自由運動体の構成図。The block diagram of the conventional free moving body in a fluid. 従来の流体中自由運動体の部分拡大図。The elements on larger scale of the conventional free moving body in fluid. 従来の流体中自由運動体の構成図。The block diagram of the conventional free-moving body in fluid. 従来の流体中自由運動体の構成図。The block diagram of the conventional free-moving body in fluid.

符号の説明Explanation of symbols

1 本体
2 流体入力経路
3 入力口
4a、4b 噴流出力経路
5a、5b 出力口
6 ノズル部
7 空間
8a、8b 制御経路
9a、9b 制御バルブ
10 流体
11 噴流
12 測定点
13 三方弁本体
14a 入力ポート
14b 出力ポート
15 切り替え弁
20 ボディー
21 胴体
22a、22b、22c、22d 操舵翼
23a、23b 出力口
24 流体源
25a、25b、25c 流れ
26 力
31 位置情報センサー
32 制御装置
33 運動状況のセンサー
34 処理部
35 インターフェース
40 壁面
50 三方弁
51 筐体
52a、52b 出力管
53 接続経路
54 空間
55a、55b 接触部
56 圧電素子
57 電流供給手段
58 接点部
59 入力管
60 延長部材
61 支点
62 ガイド部
63 環状部材
101 胴体
102 操舵翼
103 主翼
104 フラップ
106 垂直尾翼
107 方向舵
108 水平尾翼
109 昇降舵
110 流体
111 揚力
112 潜舵
113 胴体
114 噴流口
115 ジェットエンジン
116 操舵翼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 2 Fluid input path 3 Input port 4a, 4b Jet output path 5a, 5b Output port 6 Nozzle part 7 Space 8a, 8b Control path 9a, 9b Control valve 10 Fluid 11 Jet 12 Measuring point 13 Three-way valve main body 14a Input port 14b Output port 15 Switching valve 20 Body 21 Body 22a, 22b, 22c, 22d Steering blades 23a, 23b Output port 24 Fluid sources 25a, 25b, 25c Flow 26 Force 31 Position information sensor 32 Controller 33 Motion status sensor 34 Processing unit 35 Interface 40 Wall surface 50 Three-way valve 51 Housing 52a, 52b Output pipe 53 Connection path 54 Space 55a, 55b Contact portion 56 Piezoelectric element 57 Current supply means 58 Contact portion 59 Input tube 60 Extension member 61 Support point 62 Guide portion 63 Annular member 101 Body 102 Steering wing 103 Main wing 104 Flap 1 6 vertical tail 107 rudder 108 tailplane 109 elevator 110 fluid 111 lift 112 Senkaji 113 fuselage 114 jet orifice 115 jet engine 116 control surfaces

Claims (13)

流体を流体経路切替素子の本体内部に入力する流体入力経路と、
前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、
前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記本体外部へ出力する複数の噴流出力経路と、
前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記本体外部に開放された複数の制御経路と、
前記制御経路に設けられ、前記制御経路の前記本体外部への開放状態を開放もしくは遮断のいずれかに切り替える制御バルブと
を有することを特徴とする流体経路切替素子。
A fluid input path for inputting fluid into the body of the fluid path switching element;
A nozzle part provided in the fluid input path, and generating a jet by accelerating the fluid;
A plurality of jet output paths connected to the fluid input path and outputting the jet to the outside of the main body;
A plurality of control paths in which one end is opened in the fluid input path between the nozzle portion and the jet output path, and the other end is opened to the outside of the main body,
A fluid path switching element provided on the control path, and having a control valve that switches the open state of the control path to the outside of the main body to either open or shut off.
流体を流体経路切替素子の本体内部に入力する流体入力経路と、
前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、
前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記本体外部へ出力する第1の噴流出力経路および第2の噴流出力経路と、
前記ノズル部と、前記第1の噴流出力経路および第2の噴流出力経路との間の、前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記本体外部へ開放された第1の経路および第2の経路を有する制御経路と、
前記制御経路に設けられ、前記第1の経路が前記本体外部に開放され、前記第2の経路が遮断された状態と、前記第1の経路が遮断され、前記第2の経路が前記本体外部へ開放された状態のいずれかに切り替える三方弁と
を有することを特徴とする流体経路切替素子。
A fluid input path for inputting fluid into the body of the fluid path switching element;
A nozzle part provided in the fluid input path, and generating a jet by accelerating the fluid;
A first jet output path and a second jet output path that are connected to the fluid input path and output the jet to the outside of the main body;
One end of the fluid input path between the nozzle portion and the first jet output path and the second jet output path is opened, and the other path is opened to the outside of the main body and the second path. A control path having two paths;
Provided in the control path, the first path is opened to the outside of the main body, the second path is blocked, the first path is blocked, and the second path is outside the main body A fluid path switching element comprising a three-way valve that switches to one of the open states.
前記三方弁は、前記第1の経路に接続された第1の接触部と、
前記第2の経路に接続された第2の接触部と、
前記第1の接触部と第2の接触部の間に設けられ,前記第1の接触部と接触する位置と前記第2の接触部と接触する位置の間を往復して移動できるように設けられた接点部と、
電流を印加することにより前記接点部を前記第1の接触部と接触する位置または前記第2の接触部と接触する位置へ移動させることができるように設けられた圧電素子と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の流体経路切替素子。
The three-way valve includes a first contact portion connected to the first path;
A second contact portion connected to the second path;
Provided between the first contact portion and the second contact portion so as to be able to reciprocate between a position in contact with the first contact portion and a position in contact with the second contact portion. Contacted portion,
A piezoelectric element provided so as to be able to move the contact portion to a position in contact with the first contact portion or a position in contact with the second contact portion by applying an electric current;
The fluid path switching element according to claim 2, comprising:
前記圧電素子は、前記電流の極性を選択することにより、前記接点部を前記第1の接触部と接触する位置と前記第2の接触部と接触する位置のいずれかの位置へ移動することを選択することができることを特徴とする請求項3に記載の流体切替素子。   The piezoelectric element selects the polarity of the current to move the contact portion to a position that contacts the first contact portion or a position that contacts the second contact portion. The fluid switching element according to claim 3, wherein the fluid switching element can be selected. 前記ノズル部の前記流体の圧力が0.1MPa以上0.25MPa以下、
および前記ノズル部から噴出する前記噴流の流量が20.0L/min以上55.0L/min以下の条件で、
前記ノズル部の開口面積が0.32mm2以上5.0mm2未満、
および前記制御経路の前記一端側の開口面積が0.32mm2以上5.0mm2未満、
および前記噴流出力経路の最も細い部分の断面開口面積が1.6mm2以上25mm2未満
である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の流体経路切替素子。
The pressure of the fluid of the nozzle part is 0.1 MPa or more and 0.25 MPa or less,
And the flow rate of the jet ejected from the nozzle part is 20.0 L / min or more and 55.0 L / min or less,
An opening area of the nozzle portion is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 ;
And an opening area on the one end side of the control path is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 ,
5. The fluid path switching element according to claim 1, wherein a cross-sectional opening area of the narrowest portion of the jet output path is 1.6 mm 2 or more and less than 25 mm 2 .
流体中を運動可能なボディーと、
流体を入力する流体入力経路と、
前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、
前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記ボディー外部へ出力する複数の噴流出力経路と、
前記ボディーに設けられ、前記噴流出力経路からの噴流を前記ボディー外部へ放出する複数の噴出口と、
前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記ボディー外部に開放された複数の制御経路と、
前記制御経路に設けられ、前記制御経路の前記ボディー外部への開放状態を開放もしくは遮断のいずれかに切り替える制御バルブとを有し、
前記制御バルブを制御することにより、前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替えること
を特徴とする流体中自由運動体。
A body that can move in fluid,
A fluid input path for inputting fluid;
A nozzle part provided in the fluid input path, and generating a jet by accelerating the fluid;
A plurality of jet output paths connected to the fluid input path for outputting the jet to the outside of the body;
A plurality of jets provided in the body and discharging jets from the jet output path to the outside of the body;
A plurality of control paths having one end opened in the fluid input path between the nozzle part and the jet output path, and the other end opened to the outside of the body,
A control valve that is provided in the control path, and switches the open state of the control path to the outside of the body to either open or shut off;
A free moving body in fluid, wherein the jet valve is switched from one of the plurality of jet nozzles by controlling the control valve.
流体中を運動可能なボディーと、
流体を入力する流体入力経路と、
前記流体入力経路に設けられ、前記流体を加速して噴流を生成するノズル部と、
前記流体入力経路に接続され、前記噴流を前記ボディー外部へ出力する複数の噴流出力経路と、
前記ボディーに設けられ、前記噴流出力経路からの噴流を前記ボディー外部へ放出する複数の噴出口と、
前記ノズル部と、前記噴流出力経路との間の前記流体入力経路に一端が開口され、他端が前記ボディー外部に開放された複数の制御経路と、
前記制御経路に設けられ、前記制御経路の一部が前記ボディー外部に開放され、前記制御経路の他の一部が遮断された状態と、前記制御経路の一部が遮断され、前記制御経路の他の一部が前記ボディー外部へ開放された状態のいずれかに切り替える三方弁とを有し、
前記三方弁を制御することにより、前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替えること
を特徴とする流体中自由運動体。
A body that can move in fluid,
A fluid input path for inputting fluid;
A nozzle part provided in the fluid input path, and generating a jet by accelerating the fluid;
A plurality of jet output paths connected to the fluid input path for outputting the jet to the outside of the body;
A plurality of jets provided in the body and discharging jets from the jet output path to the outside of the body;
A plurality of control paths having one end opened in the fluid input path between the nozzle part and the jet output path, and the other end opened to the outside of the body,
Provided in the control path, a part of the control path is opened to the outside of the body, the other part of the control path is blocked, and a part of the control path is blocked, A three-way valve that switches to one of the states where the other part is opened to the outside of the body,
By controlling the three-way valve, a free moving body in fluid that switches which of the plurality of jet outlets jets the jet is switched.
前記三方弁は、前記第1の経路に接続された第1の接触部と、
前記第2の経路に接続された第2の接触部と、
前記第1の接触部と第2の接触部の間に設けられ,前記第1の接触部と接触する位置と前記第2の接触部と接触する位置の間を往復して移動できるように設けられた接点部と、
電流を印加することにより前記接点部を前記第1の接触部と接触する位置または前記第2の接触部と接触する位置へ移動させることができるように設けられた圧電素子と、
を有することを特徴とする請求項6に記載の流体中自由運動体。
The three-way valve includes a first contact portion connected to the first path;
A second contact portion connected to the second path;
Provided between the first contact portion and the second contact portion so as to be able to reciprocate between a position in contact with the first contact portion and a position in contact with the second contact portion. Contacted portion,
A piezoelectric element provided so as to be able to move the contact portion to a position in contact with the first contact portion or a position in contact with the second contact portion by applying an electric current;
The free moving body in fluid according to claim 6, wherein:
前記圧電素子は、前記電流の極性を選択することにより、前記接点部を前記第1の接触部と接触する位置と前記第2の接触部と接触する位置のいずれかの位置へ移動することを選択することができることを特徴とする請求項8に記載の流体中自由運動体。   The piezoelectric element selects the polarity of the current to move the contact portion to a position that contacts the first contact portion or a position that contacts the second contact portion. The free moving body in fluid according to claim 8, which can be selected. 前記ノズル部の前記流体の圧力が0.1MPa以上0.25MPa以下、
および前記ノズル部から噴出する前記噴流の流量が20.0L/min以上55.0L/min以下の条件で、
前記ノズル部の開口面積が0.32mm2以上5.0mm2未満、
および前記制御経路の前記一端側の開口面積が0.32mm2以上5.0mm2未満、
および前記噴流出力経路の最も細い部分の断面開口面積が1.6mm2以上25mm2未満
である請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の流体中自由運動体。
The pressure of the fluid of the nozzle part is 0.1 MPa or more and 0.25 MPa or less,
And the flow rate of the jet ejected from the nozzle part is 20.0 L / min or more and 55.0 L / min or less,
An opening area of the nozzle portion is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 ;
And an opening area on the one end side of the control path is 0.32 mm 2 or more and less than 5.0 mm 2 ,
10. The free moving body in fluid according to claim 6, wherein a cross-sectional opening area of the narrowest portion of the jet output path is 1.6 mm 2 or more and less than 25 mm 2 .
流体中を運動するボディーと、
前記ボディーに設けられた噴流を噴出させるための複数の噴出口と、
前記複数の噴出口のいずれから前記噴流を噴出させるかを切り替える制御バルブとを有する流体中自由運動体の姿勢制御方法において、
到達目標に対する方向、距離および現在の姿勢から目標姿勢と現在の姿勢との差異を求める工程と、
前記差異に基づいて前記複数の噴出口から噴出させる噴流の噴出時間の比を求める工程と、
前記噴出時間の比に応じた噴出時間だけ、前記噴流を噴出させるために、前記噴出口に対応した前記制御バルブの開閉を制御する工程と、
を有することを特徴とする流体中自由運動体の姿勢制御方法。
A body that moves in fluid,
A plurality of jets for jetting jets provided in the body;
In a posture control method for a free moving body in fluid having a control valve for switching which of the plurality of jet outlets jets the jet.
Obtaining a difference between the target posture and the current posture from the direction, distance and the current posture with respect to the attainment target;
Obtaining a ratio of jetting times of jets jetted from the plurality of jets based on the difference; and
Controlling the opening and closing of the control valve corresponding to the jet outlet in order to jet the jet for a jet time corresponding to the ratio of the jet time;
A posture control method for a free moving body in fluid, comprising:
前記噴出時間は、前記噴出時間の比と最小噴出時間の積である請求項11に記載の流体中自由運動体の姿勢制御方法。   The posture control method of the free moving body in fluid according to claim 11, wherein the ejection time is a product of a ratio of the ejection time and a minimum ejection time. 前記噴出時間は、単位噴出時間を噴出時間の比に分割した時間である請求項11に記載の流体中自由運動体の姿勢制御方法。   The posture control method for a free moving body in fluid according to claim 11, wherein the ejection time is a time obtained by dividing a unit ejection time into a ratio of ejection times.
JP2004108061A 2003-09-26 2004-03-31 Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body Pending JP2005121209A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004108061A JP2005121209A (en) 2003-09-26 2004-03-31 Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003336179 2003-09-26
JP2004108061A JP2005121209A (en) 2003-09-26 2004-03-31 Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005121209A true JP2005121209A (en) 2005-05-12

Family

ID=34622111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004108061A Pending JP2005121209A (en) 2003-09-26 2004-03-31 Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005121209A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009505907A (en) * 2005-08-11 2009-02-12 ザ・ボーイング・カンパニー Vibrating blade actuator device and flow active control method
ITUB20154701A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-15 Dolphin Fluidics S R L DIVERTER VALVE WITH TOTAL SEPARATION.
KR102182591B1 (en) * 2019-09-27 2020-11-24 공주대학교 산학협력단 A high speed propulsion system with three-dimensional transient spray injector

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009505907A (en) * 2005-08-11 2009-02-12 ザ・ボーイング・カンパニー Vibrating blade actuator device and flow active control method
ITUB20154701A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-15 Dolphin Fluidics S R L DIVERTER VALVE WITH TOTAL SEPARATION.
EP3159035A1 (en) 2015-10-15 2017-04-26 Dolphin Fluidics S.r.l. Total isolation diverter valve
US10071236B2 (en) 2015-10-15 2018-09-11 Dolphin Fluidics S.R.L. Total isolation diverter valve
KR102182591B1 (en) * 2019-09-27 2020-11-24 공주대학교 산학협력단 A high speed propulsion system with three-dimensional transient spray injector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8844571B2 (en) Fluid actuator for producing a pulsed outlet flow in the flow around an aerodynamic body, and discharge device and aerodynamic body equipped therewith
CA2870937C (en) Plasma-assisted synthetic jets for active air flow control
EP1710156B1 (en) Airfraft with a flow control system around an engine exhaust and Method
US20090308980A1 (en) Method and system for fully fixed vehicle control surfaces
US5133519A (en) Drag reduction method and surface
CN105984214B (en) Liquid discharge apparatus
US9746010B2 (en) Noise control of cavity flows using active and/or passive receptive channels
WO2022177960A1 (en) In-plane transverse momentum injection to disrupt large-scale eddies in a turbulent boundary layer
JP2005121209A (en) Fluid passage switching element, in-fluid free moving body and attitude control method of in-fluid free moving body
Kan et al. MATLAB-based simulation of buoyancy-driven underwater glider motion
Geng et al. Thrust and flow characteristic of double synthetic jet actuator underwater
Walker et al. A control method for steering individual particles inside liquid droplets actuated by electrowetting
Arwatz et al. Suction and oscillatory blowing actuator
WO2020013887A3 (en) Expanding flow nozzle
KR101708395B1 (en) Nozzle
Mazumdar et al. Valve-PWM control of integrated pump-valve propulsion systems for highly maneuverable underwater vehicles
JP4028509B2 (en) Free moving body in fluid
US6135043A (en) Silicon MEMS-based polymer ejector for drag reduction of undersea vehicles
Mohseni et al. Electrowetting droplet actuation in micro scale devices
JP2003294397A (en) In-fluid free moving body
US20160273562A1 (en) System and method for multiple direction control of flow
US11441701B2 (en) Microfluidic valve
Zhang et al. An omnidirectional robotic platform with a vertically mounted manipulator for seabed operation
Diez-Garias et al. Microactuator arrays for sublayer control in turbulent boundary layers using the electrokinetic principle
CN213892852U (en) Underwater vehicle propelled by pump jet vector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050210

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Effective date: 20050415

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Effective date: 20050606

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20080822

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20090106

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02