JP2006266567A - 誘導飛しょう体 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のサイドスラスタの側面に静圧調整室を設けることによって、推力を相殺するように働く空力干渉力を抑制していたが、静圧調整室の設置が機体の高密度化を妨げたり、構造強度の低下による旋回荷重性能の低下や、射程の減少を引き起こすという問題があった。
【解決手段】 スラスタの噴射口形状を機体軸方向に長い楕円形とすることにより、サイドスラスタ装置作動時における、スラスタの噴射ガスと気流の空力干渉から生じるスラスタ下流側の低圧力部の作用面積を小さくし、スラスタ推力を相殺するように働く空力干渉力を抑制することによって、簡単な構成で機動性の高い飛行特性を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地表または空中より発射され、目標に向かって空中を飛しょうする誘導飛しょう体に関するものである。

誘導飛しょう体が、空気密度の小さい高高度を飛しょうする場合や、発射直後のように低速で飛しょうする場合、誘導飛しょう体の機体周辺の動圧が非常に小さくなる。このため、操舵翼を用いた空力操舵装置を使用して姿勢制御すると、制御の効果が非常に小さくなる。そこで現在、誘導飛しょう体の機動性を維持するために、サイドスラスタ装置を利用して機動性の向上が図られている。

このようなサイドスラスタ装置の一例として、従来、スラスタの噴射ガスと気流の空力干渉により生じるスラスタ後方の低圧力部を大気圧程度に維持して、制御効果を向上させる飛しょう体の姿勢制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１０１０９７号公報（第３頁、第１図）

しかし、特許文献１のような飛しょう体は、スラスタ後方の低圧部を大気圧程度に維持する円筒形状の静圧調整部を配置するため、大きな空間が必要となり構造強度も低下する。また、静圧調整部表面の複数の連通孔により摩擦抵抗が増大し飛しょう距離が減少するなどの問題があった。

従来の飛しょう体において、低動圧条件下の高機動性能を得る方法として、従来のサイドスラスタ装置を利用する際、制御効果を向上するための静圧調整部が、機体の高密度化を妨げたり、構造強度の低下による旋回荷重性能の低下や、射程の減少を引き起こすという問題があった。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、サイドスラスタを用いて姿勢制御を行う際に、機体周囲の空気抵抗の増加による射程の減少や、機体強度の低下による旋回荷重性能の低下を招くことなく、簡単な構成で高い機動性を実現する誘導飛しょう体を得ることを目的とする。

この発明による誘導飛しょう体は、
機体と、前記機体の機体軸に対し長径方向が平行となるように前記機体の側面外周に配置された、長径が短径よりも２倍以上長い楕円形の噴射口を有し、当該噴射口からの燃焼ガスの噴射によって前記機体の姿勢を制御するスラスタと、を備えたものである。

また、機体と、前記機体の機体軸方向に沿って近接して配列され、前記機体の側面外周に配置された複数の円形の噴射口を有し、当該各噴射口から燃焼ガスが同時噴射され、噴射後の燃焼ガスが楕円状を成すように後流を形成することによって、前記機体の姿勢を制御するスラスタであっても良い。

また、機体と、前記機体の機体軸に対し長軸が平行となるように前記機体の側面外周に配置された、長軸が短軸よりも２倍以上長い菱形の噴射口を有し、当該噴射口からの燃焼ガスの噴射によって前記機体の姿勢を制御するスラスタであっても良い。

この発明による誘導飛しょう体は、サイドスラスタの使用による機体周囲の空気抵抗の増加による射程の減少や、強度低下による旋回荷重性能の低下を招くことなく、簡単な構成で高い姿勢制御能力を保持することができる。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１による誘導飛しょう体用のサイドスラスタ装置の構成を示している。図に記載する誘導飛しょう体１には各種の構成部品および装置が設けられているが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。

誘導飛しょう体１を構成する胴体２の側面外周に、飛しょう中の姿勢を推力により制御するスラスタ３が、胴体２の外側表面に噴射口を向けて（噴射口の軸が機体軸に垂直になる方向に）配置される。スラスタ３の噴射口は、長径方向が機体軸方向に平行となるように配置され、長径が短径の２倍〜３倍以上となる長楕円形状を有している。スラスタ３は、噴射口から外向きに燃焼ガスを噴出し、機体軸に垂直方向に推力を発生する。

なお、誘導飛しょう体１の機体前方は流線形状を成しており、空気抵抗を低減できることは言うまでもない。
また、誘導飛しょう体１の機体後方には、機体軸前方に推力を発生させるメインスラスタ（図示せず）が設けられる。誘導飛しょう体１はメインスラスタの動作によって機体を推進する。これによって、誘導飛しょう体１は機体軸前方に飛しょうする。

誘導飛しょう体１の機体側面には、スラスタ３よりも後方に図示しない操舵翼が配置されており、操舵翼を機体軸に垂直な軸の周りに回動させることにより、空力操舵によって機体の姿勢を制御する。
誘導飛しょう体１には、図示しない制御ユニットが設けられており、スラスタ３からの噴出ガスの噴出量を調整するスラスタ制御指令を送出することによって、機体の姿勢制御が行われるように、構成される。
スラスタ３は、機体の重心位置から機体軸方向に離れた位置に配置する程、機体軸垂直方向に作業する制御力をより大きくすることができる。スラスタ３は、所望の制御力に応じて、誘導飛しょう体１の前部に設けられた誘導制御装置とメインスラスタとの間の、適切な位置に配置すれば良い。

次に、スラスタ３の動作について説明する。
図２はスラスタ３の作動時における空力干渉の様子を示したものであり、図２（ａ）はガス噴射するスラスタ３の噴射口を上から見た上面図、図２（ｂ）はスラスタを横から見た側面図である。
なお、誘導飛しょう体１は、速度ＶＡで図の右から左方向に水平に飛しょうしているものとする。これによって、誘導飛しょう体１に対して機体前方から気圧ＰＡの気流５が流れている。

図２（ｂ）において、スラスタ３からガス４が噴射されると、機体の垂直方向に対してスラスタ推力ＮＴが作用する。このとき、噴射ガス４と速度ＶＡの気流５との空力干渉により、噴射ガス４の上流側に気流圧力ＰＡより高い圧力ＰＵの高圧力領域６が生じる。同時に、ガス４の下流側に気流圧力ＰＡより低い圧力ＰＤの低圧力領域７が生じる。

図２（ａ）において、空力干渉による高圧力領域６は、胴体２の表面（高圧力面８）の圧力を圧力ＰＵに上昇させ、低圧力領域７はスラスタ３の後方から胴体２の表面（低圧力面９）の圧力を圧力ＰＤまで低下させる。よって、高圧力面８には空力干渉力ＮＩ１、低圧力面９には空力干渉力ＮＩ２が図に示すように働く。ここで、スラスタ３の噴射口形状を従来の円形状ではなく、従来の噴射口面積を保持したまま機体軸方向に長い楕円形状とすることで、スラスタ推力ＮＴの大きさが変わることなく、噴射ガス４が気流５の流れを妨げる度合いが小さくなり、低圧力面９の面積が従来に比べて小さくなるため、空力干渉力ＮＩ２が格段に小さくなる。
なお、楕円形状としては、短径が長径に対し２倍〜３倍程度以上となるように設定するのが好ましい。
また、低圧力面９の位置は、スラスタ３の噴射口よりも機体の重心位置に近くなるようにすることが望ましい。

このように、スラスタの噴射ガスと気流による空力干渉から生じるスラスタ後方の低圧力部の作用面積を小さくするように、スラスタの噴射口形状を長楕円形状にすることによって、スラスタ推力ＮＴを相殺するように働く空力干渉力ＮＩ２を小さくすることができる。なお、少なくともＮＴ＋ＮＩ１＞ＮＩ２となるように長楕円形状を設定する。

この実施の形態１は以上のように構成されているので、地表および空中より発射され、空中を飛しょうする目標体を追尾し、目標体の近傍点に会合する誘導飛しょう体において、サイドスラスタ装置による制御効果の低下を抑制することができる。

したがって、従来の誘導飛しょう体に比べて、抵抗増による射程の減少や強度低下による旋回荷重性能の低下を招くことなく、高い姿勢制御能力を保持することができる。

実施の形態２．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態２について説明する。図３は実施の形態２による誘導飛しょう体用のサイドスラスタ装置の構成を示しており、図１と同一符号のものは同一構成のものを示している。

誘導飛しょう体１を構成する胴体２の側面に、飛しょう中の姿勢を推力により制御する小型スラスタ１０が、胴体２の外側に噴射口を向けて配置される。この小型スラスタ１０は、噴射口から外向きに燃焼ガスを噴出し、推力を発生する。複数の小型スラスタ１０は、機体軸方向に近接して一列に並べられ、その推力の総和は実施の形態１のスラスタ３と同等である。
例えば、実施の形態１で示した長径が短径の２倍以上となる楕円形状の噴射口を模擬するためには、実施の形態１で示した楕円の短径と直径が同じで、かつ同一形状の噴射口を３つ以上直列に配置すると良い。また、各噴射口の間隔は、噴射口の直径の２倍以下とするのが好ましい。

誘導飛しょう体１には、実施の形態１で簡単に説明したように、図示しない制御ユニットが設けられている。この制御ユニットは、小型スラスタ１０からの噴射ガスの噴出量を調整するスラスタ制御指令を送出することによって、機体の姿勢制御を行う。

図４は小型スラスタ１０の作動時における空力干渉の様子を示したものであり、図はガス噴射する小型スラスタ１０を上から見た上面図である。図２と同一符号のものは同一のものを示す。

図４において、複数の小型スラスタ１０からガスが噴射されると、速度ＶＡの気流５との空力干渉により、小型スラスタ１０の上流側に高圧力面８と下流側に低圧力面９が現れる。
ここで、円形状の噴射口を有する小型スラスタ１０を機体軸方向に一列に複数配列することで、楕円形状ではなく円形状の噴射口を設けることができ、スラスタ推力ＮＴの大きさを変えることがない。加えて、噴射ガスが気流５の流れを妨げる度合いを、実施の形態１のスラスタ３に比べてより小さくすることができる。
したがって、低圧力面９の面積を小さくすることができ、かつスラスタ推力ＮＴを相殺するように働く空力干渉力ＮＩ２を小さくすることができる。

この実施の形態２は以上のように構成されているので、実施の形態１よりも更に、サイドスラスタ装置による制御効果の低下を抑制することができ、機動性の高い飛行特性を得ることができる。
また、噴射口が単純な円形状となり加工がし易いので、サイドスラスタ装置の生産性も良くなる。

実施の形態３．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態３について説明する。図５は実施の形態３による誘導飛しょう体用のサイドスラスタ装置の構成を示しており、図１と同一符号のものは同一構成のものを示している。

誘導飛しょう体１を構成する胴体２の側面に、飛しょう中の姿勢を推力により制御する楔型スラスタ１１が、胴体２の外側に噴射口を向けて配置される。この菱形スラスタ１１は、長軸が機体軸方向を向くように配置された長い菱形の噴射口から外向きに燃焼ガスを噴出し、推力を発生する。例えば、菱形の形状は長軸が短軸の２倍程度となれば良い。菱形スラスタ１１の推力は実施の形態１のスラスタ３と同等である。

誘導飛しょう体１には、実施の形態１で簡単に説明したように、図示しない制御ユニットが設けられている。この制御ユニットは、菱形スラスタ１１からの噴射ガスの噴出量を調整するスラスタ制御指令を送出することによって、機体の姿勢制御を行う。

図６は菱形スラスタ１１の作動時における空力干渉の様子を示したものであり、図はガス噴射する菱形スラスタ１１を上から見た上面図である。図２と同一符号のものは同一のものを示す。

図６において、菱形スラスタ１１からガスが噴射されると、速度ＶＡの気流５との空力干渉により、小型スラスタ１１の上流側に高圧力面８と下流側に低圧力面９が現れる。ここで、菱形スラスタ１１から噴射されるガスは噴射口の形状からして、気流５に対して鋭利であるので、気流５の流れを妨げる度合いを実施の形態１のスラスタ３に比べて小さくすることができる。したがって、低圧力面９の面積を小さくすることができ、スラスタ推力ＮＴを相殺するように働く空力干渉力ＮＩ２を小さくすることができる。

この実施の形態３は以上のように構成されているので、実施の形態１よりもサイドスラスタ装置による制御効果の低下を抑制することができ、機動性の高い飛行特性を得ることができる。

この発明の実施の形態１による誘導飛しょう体の構成図である。 この発明の実施の形態１によるサイドスラスタ装置の作動時における空力干渉の様子を示す図である。 この発明の実施の形態２による誘導飛しょう体の構成図である。 この発明の実施の形態２によるサイドスラスタ装置の作動時における空力干渉の様子を示す図である。 この発明の実施の形態３による誘導飛しょう体の構成図である。 この発明の実施の形態３によるサイドスラスタ装置の作動時における空力干渉の様子を示す図である。

符号の説明

１ 誘導飛しょう体、２ 胴体、３ スラスタ、４ 噴射ガス、５ 気流、６ 高圧力領域、７ 低圧力領域、８ 高圧力面、９ 低圧力面、１０ 小型スラスタ、１１ 菱形スラスタ。

Claims (3)

1. 機体と、
   前記機体の機体軸に対し長径方向が平行となるように前記機体の側面外周に配置された、長径が短径よりも２倍以上長い楕円形の噴射口を有し、当該噴射口からの燃焼ガスの噴射によって前記機体の姿勢を制御するスラスタと、
   を備えた誘導飛しょう体。
2. 機体と、
   前記機体の機体軸方向に沿って近接して配列され、前記機体の側面外周に配置された複数の円形の噴射口を有し、当該各噴射口から燃焼ガスが同時噴射され、噴射後の燃焼ガスが楕円状を成すように後流を形成することによって、前記機体の姿勢を制御するスラスタと、
   を備えた誘導飛しょう体。
3. 機体と、
   前記機体の機体軸に対し長軸が平行となるように前記機体の側面外周に配置された、長軸が短軸よりも２倍以上長い菱形の噴射口を有し、当該噴射口からの燃焼ガスの噴射によって前記機体の姿勢を制御するスラスタと、
   を備えた誘導飛しょう体。

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